新型二次全固态Li-SeS2电池性能及机理的研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:davidphoenix
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在过去的几十年中,锂离子电池在微型电子设备方面已取得了杰出的成就,但在电动汽车和储能系统的实际应用等方面仍无法满足需求。因此,对具有更安全和更高能量密度的新型电化学储存性能体系的探索和开发具有现实意义。显然,高容量正极材料的研究将起着至关重要的作用。具有高理论容量(1672 m Ah/g)的锂硫电池因其导电性相对偏低(5×10-28 S/m)和硫的绝缘性等问题限制了锂硫电池的实际应用。硒,具有比硫更高的电导率(1×10-3 S/m),但面临较低的理论容量(675 m Ah/g)等问题。Amine等人首次提出以硒硫化合物作为正极材料,并提出二硫化硒(SeS2)是极具发展潜力的新型锂电池的正极材料。不同于传统液态锂/硒-硫(Li-SexSy)电池,全固态Li-SexSy电池由于使用了固体电解质,所以锂电池面临的穿梭效应和安全性问题都得到了极大的改善。通过原位合成法,制备了不同SeS2含量的超高分散度三维石墨烯泡沫二硫化硒复合材料(SeS2-3DG)。SeS2-3DG和被小分子无机复合电解质Li IHPN-0.5Li I(SMC)彻底渗透的单层纸巾(维达)隔膜,直接与锂片粘合来组装Li/SMC/SMC@SeS2-3DG电池。以含量为60%的高分散度无定形态SeS2的SeS2-3DG作为正极材料组装的电池在电流密度为1/2 C时表现出1163 m Ah/g的首次放电容量,SeS2利用率为100%。在高达7 C的电流密度下,首次放电容量仍然可以达到990 m Ah/g。通过精心设计可以得到SeS2含量为85%的85%SeS2-3DG复合材料,改进后的复合材料的SeS2利用率可达到76%,并且能量密度高达606.9 Wh/kg。由于SeS2-3DG复合材料中SeS2具有超高分散度和SMC具有受热可液化等特质,使得SeS2利用率为100%。当正极材料中的活性物质SeS2的利用率高达100%时,分别对处于首次完全放电和首次完全充电状态下的60%SeS2-3DG进行了透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)测试。通过分析测试结果可知,全固态Li-SeS2在首次完全放电的状态下,生成硫化锂(Li2S)和硒化锂(Li2Se)晶体颗粒;在首次完全充电的状态下,Li2S和Li2Se形成晶体SeS2。而且,不同扫描速率下的循环伏安测试结果表明受动力学因素影响,存在SeS2可逆/不可逆反应。
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