锂硫电池用高选择性人工SEI保护锂金属负极研究

基本信息
批准号:21703149
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:钱涛
学科分类:
依托单位:苏州大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘学军,刘杰,王梦凡,周金秋,沈晓魏,倪戌炎
关键词:
锂金属负极粘结剂固体电解质界面氟化石墨烯锂枝晶
结项摘要

It is of great scientific and practical significance to design lithium-sulfur batteries with high specific energy, Coulomb efficiency, cycle stability and safety performance. Due to the outstanding performance of artificial SEI in the field of traditional lithium-ion battery, in order to solve the rapid degeneration of the capacity caused by the shuttle effect in the lithium-sulfur battery system, the present project uses sulfonated styrene butadiene rubber to bind the novel two-dimensional material fluorographene on the surface of the lithium metal anode, and builds artificial SEI protective film through the spontaneous passivation. The two-dimensional structure confers the excellent mechanical strength, flexibility and lithium ion conductivity of the layered lithium fluoride SEI, which encapsulates the inner electrode to prevent the interaction between the polysulfide and the lithium anode, and then forbids side reactions occurring during the discharge process effectively. Meanwhile, sulfonated styrene butadiene rubber containing pendant sulfonic acid groups, the membranes facilitate electrolyte wetting and Li+ ion transport, but are highly selective in preventing migration of negatively charged polysulfide species. The formation mechanism of artificial SEI in the passivation process will be further studied by in situ analysis technique, and the effect of the SEI on the growth of lithium dendrites and the shuttle effect of the lithium-sulfur battery will also be investigated, in order to construct the qualitative or quantitative relationship between the artificial SEI and the electrochemical performance, and provide a new way for the research of high performance lithium sulfur batteries.

设计制备高比能量、库伦效率、循环性能和安全性能的锂硫电池具有重要的科学和实践意义。基于人工固体电解质界面(SEI)在传统锂离子电池领域的突出表现,为了根本解决锂硫电池体系中穿梭效应引起的容量快速衰减,本项目利用磺化丁苯橡胶粘合新型二维材料氟化石墨烯形成复合薄膜,修饰于金属锂负极表面,通过自发钝化,构筑人工SEI保护膜。二维结构赋予了层状氟化锂SEI优异的机械强度、柔韧性和锂离子电导率,并对内层电极进行了限域和束缚,阻止硫化物和锂负极之间相互作用,有效缓解充放电过程中发生副反应。同时,磺化橡胶包含的磺酸基团可以促进电解质润湿和Li+传输,在防止带负电荷的多硫化物迁移方面具有高选择性。进一步通过原位分析技术研究人工SEI在钝化过程中的形成机制,并探究其在循环过程中对锂硫电池枝晶生长和穿梭效应的影响,尝试构建该类SEI与电池电化学性能之间的定性或定量关系,为高性能锂硫电池的研究提供新途径。

项目摘要

锂硫电池具有极高的理论容量,在电动汽车和大型储能系统中具有广阔的应用前景。然而,由于溶解性多硫化锂中间产物的穿梭效应导致锂硫电池的长期循环性能差,其市场化发展受到严重阻碍。本项目针对锂硫电池存在的关键性问题,为了根本解决锂硫电池体系中长链多硫化物溶解引起的穿梭效应及容量快速衰减,利用新型二维材料氟化石墨烯在锂金属负极表面自发钝化,人工构建了具有选择性功能的SEI保护层。所形成的层状SEI具有高机械强度、良好的柔韧性和高锂离子电导率。氟化锂SEI对内层电极进行了限域和束缚,阻止了硫化物和锂负极之间相互作用,有效缓解充放电过程中发生副反应,在防止溶解在液体电解质中带负电荷的多硫化物迁移方面具有高选择性,提高了电池的库伦效率和循环性能,在0.5C下可提供1092 mAh g-1的高放电容量,在1C下循环300次后的容量衰减率仅为0.022%。进一步通过原位分析技术研究了氟化石墨烯在锂负极表面自发钝化过程中人工SEI的形成机制,构建了该类选择性二维层状人工选择界面与电化学性能之间的定性或定量关系。通过原位紫外可见光分析、Li2S成核试验和渗透实验证实了选择性SEI对抑制多硫化物的“穿梭效应”和有效保护Li负极的重要意义。作为拓展研究内容,本项目还通过吐温聚合物与金属锂的自发反应,在传统的锂金属表面构筑了一层稳定的聚合物界面层,获得了单锂离子通道的吐温改性锂负极。该人工界面层显示出较高的离子电导率,并可以有效阻碍多硫化物靠近金属锂表面,从而抑制了多硫化物在锂金属表面的还原。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
2

基于Pickering 乳液的分子印迹技术

基于Pickering 乳液的分子印迹技术

DOI:10.1360/N972018-00955
发表时间:2019
3

2A66铝锂合金板材各向异性研究

2A66铝锂合金板材各向异性研究

DOI:
发表时间:2017
4

长链烯酮的组合特征及其对盐度和母源种属指示意义的研究进展

长链烯酮的组合特征及其对盐度和母源种属指示意义的研究进展

DOI:10.16441/j.cnki.hdxb.20190247
发表时间:2019
5

金属锆织构的标准极图计算及分析

金属锆织构的标准极图计算及分析

DOI:10.16112/j.cnki.53-1223/n.2019.02.003
发表时间:2019

钱涛的其他基金

相似国自然基金

1

高性能金属锂负极的人工SEI保护膜研究

批准号:51602222
批准年份:2016
负责人:李洒
学科分类:E0208
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

锂硫电池用无枝晶生长的金属锂负极

批准号:21676160
批准年份:2016
负责人:张强
学科分类:B0816
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
3

锂/硫电池用金属锂负极的表面修饰及电化学性能研究

批准号:21573114
批准年份:2015
负责人:高学平
学科分类:B0905
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
4

锂空气电池金属锂负极“双功能”SEI膜的可控构筑及界面电化学研究

批准号:51802152
批准年份:2018
负责人:廖开明
学科分类:E0208
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目