NaI及P2S5电解液体系对钠硫电池正极的影响探究

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在钠电池衍生的众多储能体系中,钠硫电池的理论能量密度相对较高,在储能领域具有很大的发展潜力。然而,钠硫电池存在严重的穿梭效应和钝化效应,使得电池寿命降低,很大程度上限制其应用。本文针对钠硫电池的钝化效应构筑了新型电解液体系,通过酯类电解液体系抑制多硫化物Na2Sn(1?n≤8)的穿梭效应,提升了电池容量;利用NaI与P2S5的相互作用很大程度上抑制了电池的钝化,进一步提升了电池的性能。利用酯类溶剂构筑电解液体系(PC:EC+FEC),选择NaI与NaClO4搭配作为电解液复合主盐,制得不同浓度电解液,探究抑制钝化效应的最佳配比。一方面,PC:EC电解液体系抑制了穿梭效应;另一方面,通过UV-vis测试证明,NaI的加入,引入了I-/I3-氧化还原介质,I3-加速多硫化钠转化为S8,在提升了活性物质利用率的同时减弱钝化。离子迁移数测试表明,NaI的加入使电解液的钠离子迁移数从0.28提升至0.32。复合电解液所装配成电池在循环测试与倍率测试中也表现优异,室温下以0.2 C倍率循环150圈后,实验组电池仍具有480 m Ah·g-1的放电比容量,保持率比对照组提升9%。在复合电解液的基础上,加入添加剂P2S5,利用NaI与P2S5的协同作用,进一步抑制钝化。溶解性实验证明,P2S5在酯类电解液的溶解依赖于NaI的助溶作用。借助XPS、XRD、Raman等测试手段证明,P2S5能加速多硫化物溶解,影响其沉积动力学。SEM形貌显示沉积形貌由二维转化为三维结构,增大了多硫化物与电解液的接触面积,促进多硫化物转化并防止正极被完全包覆。NaI与P2S5之间兼容性良好,不仅使对应电解液的钠离子迁移数提高到0.371。且在倍率、循环测试中表现突出,室温下以1 C倍率循环,实验组电池较对照组比容量高出250 m Ah·g-1;室温下以0.2 C倍率循环150圈后,实验组电池仍具有520 m Ah·g-1的放电比容量,保持率比对照组提升11%。研究结果表明,NaI-P2S5电解液能有效地抑制电池正极钝化,使电池循环寿命得以提高,对活性物质S8的利用更加充分。
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