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鋰硫電池的性能受電解液的影響嗎

來源:存能電氣  日期:2019-08-12 10:44  瀏覽量:

  鋰硫電池的性能受電解液的影響嗎?電解液是鋰硫電池的重要組成部分,鋰硫電池充放電時(shí)產(chǎn)生的多硫化鋰易溶于電解液,導(dǎo)致活性物質(zhì)減少,電池的循環(huán)性能變差,容量衰減。鋰硫電池電解質(zhì)鹽要具備化學(xué)、電化學(xué)穩(wěn)定性和較高的電導(dǎo)率,而電解液溶劑要具備較小的粘度以減小反應(yīng)電阻,并具有較強(qiáng)抑制多硫化物溶解的能力阻止活性物質(zhì)的損失,提高電池的循環(huán)性能。

  鋰硫電池的性能受電解液的影響嗎?

鋰硫電池.jpg

  目前,鋰硫電池的使用越來越廣泛了,但是有時(shí)候它的循環(huán)穩(wěn)定性卻不盡如人意,科學(xué)家們通過對(duì)其電解液的成分開展研究后終于找到了這個(gè)問題的答案。

  為了確定電解液對(duì)鋰硫電池的影響,研究團(tuán)隊(duì)利用LiTFSI和LiFSI做相關(guān)實(shí)驗(yàn),LiTFSI和LiFSI是非常相似的兩種電解液,僅僅是LiFSI比LiTFSI含有更少的碳和氟。他們利用環(huán)境分子實(shí)驗(yàn)室里的設(shè)備不斷地測(cè)試電池充放電的能量,最后對(duì)電極做了調(diào)查分析。

  他們發(fā)現(xiàn)用LiTFSI做電解液的鋰硫電池當(dāng)中,鋰原子被硫原子束縛,在電極表面形成硫化鋰(LiSx)。而用LiFSI做電解液時(shí),則形成硫酸鋰(LiSOx)。通過計(jì)算兩種鋰的化合物的結(jié)合緊密度,他們發(fā)現(xiàn)鋰硫化物容易破裂釋放鋰。然而,硫酸鋰是很難分開的,因此硫酸鋰當(dāng)中的氧元素是罪魁禍?zhǔn)住?/span>

  對(duì)于鋰硫電池這樣一個(gè)液相電化學(xué)體系而言,除了電解液的種類以外,電解液的量也會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生重要影響。

  尤其是硫正極與電解液的比例,這是由于一方面降低電解液與正極的質(zhì)量比,可以弱化可溶性多硫離子的不利影響,但另一方面會(huì)提高多硫離子溶液的粘度,從而導(dǎo)致電導(dǎo)率等性質(zhì)的下降,最佳的電解液與正極質(zhì)量比是可溶性多硫離子恰好可以自由遷移出正極區(qū),此時(shí)在首圈放電過程剛好出現(xiàn)電壓滯后現(xiàn)象。

  鋰硫電池的介紹

  鋰硫電池的理論比能量為2600WH/KG,被認(rèn)為是繼鋰離子電池后最接近商業(yè)化的高比能量二次電池體系。基于鋰硫電池的液態(tài)反應(yīng)類型,一方面,多硫離子的溶解不可避免且對(duì)鋰硫電池十分必要,但另一方面,活性物質(zhì)利用率低和循環(huán)性能差是制約鋰硫電池發(fā)展的關(guān)鍵因素,這些都與所用電解液的組成等密切相關(guān),從電解液的角度改善高比能量鋰硫電池的性能顯然更為有效。

  盡管與鋰空氣電池相比,鋰硫電池的能量密度略低,但是使用過程中不受空氣中水、二氧化碳和其他活性組分的影響,生產(chǎn)工藝也與鋰離子電池相近,因此具有更大的研發(fā)價(jià)值。

  更為重要的是,鋰硫電池的正極活性物質(zhì)(單質(zhì)硫)價(jià)格低廉、來源廣泛、環(huán)境友好,成為繼鋰離子電池之后最具發(fā)展?jié)摿Φ膬?chǔ)能體系之一。目前,美國(guó)、日本及歐洲的許多發(fā)達(dá)國(guó)家政府都在大力支持鋰硫電池的技術(shù)開發(fā)。

  鋰硫電池電解液在電池內(nèi)部的作用

  1.在電極之間傳導(dǎo)Li+形成內(nèi)電路;

  2.在正極界面附近溶解和傳輸中間產(chǎn)物多硫化鋰。由于多硫化鋰在電解液中的溶解易造成飛梭效應(yīng)以及金屬鋰的腐蝕,鋰硫電池電解液除了要求對(duì)Li+具有很好的傳導(dǎo)性外,還需能夠抑制硫的溶解擴(kuò)散。

  據(jù)研究發(fā)現(xiàn):大體積陽離子的鋰硫電池電解液,并證實(shí)其能夠有效提高多硫化物穩(wěn)定性,延長(zhǎng)鋰硫電池的循環(huán)壽命。鋰硫電池具有能量密度高、成本低、環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì),是國(guó)際儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

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