【苏州纳米所张跃钢课题组】硫化锂电池的原位电镜研究与循环稳定性调控取得重大进展
高容量的正极材料,在诸如移动设备和电动汽车的实际应用中起着至关重要的作用。硫化锂(Li2S)具有高的理论容量(1166 mA h g-1,是其它过渡金属氧化物和磷酸盐的数倍);它在最初的脱锂充电过程会发生的体积收缩能给后续的嵌锂放电反应提供空间,从而保护电极的结构不受破坏;它还可以和许多非锂金属负极材料组装电池,从而可以避免锂枝晶形成等安全隐患,因而受到广泛关注。然而,Li2S的极低电子/离子导电率、以及其反应中间产物多硫化物在电解液中溶解引起的穿梭效应,阻碍了它在锂硫电池的应用。为了解决这些问题,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张跃钢研究员带领一个研究团队,自行设计、制作了原位扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)电化学芯片,并实时观察了充电过程中Li2S在电解液中的溶解现象。在此基础上设计了高氮掺杂石墨烯负载硫化锂作为电池的正极材料,并通过控制充电容量和电压,显著的提升了Li2S的容量利用率以及循环寿命,相关结果发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201501369)杂志上。
本研究首次利用了新开发的原位扫描电镜和原位透射电镜芯片技术实现了对硫化锂电极充电过程的实时观测,并在研究Li2S充放电机理的基础上,开发了一种新的电压-容量调控机制,设计了一种新型的高氮掺杂负载硫化锂的电极材料,为高能量的Li2S-C /Li 电池的应用打开了广阔的应用前景。
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