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乐动体育app下载:哈工大:一种简单有效的方法抑制锂枝晶改善锂硫电池性能!

发布时间:2022-07-07 09:20:24 来源:乐动体育sports 作者:乐动app下载安装  

  锂金属负极上的锂化 Nafion ( Li+-Nafion )薄涂层已被证明能够抑制锂枝晶生长。然而,锂金属在空气中稳定性差、与水反应性强等缺点给涂层制备带来了不便。为了解决这个问题,哈工大方海涛教授团队通过超声波喷涂方法制备了高度均匀的Li+-Nafion薄涂层聚丙烯(PP)集流体 ,在电池中, Li+-Nafion 薄涂层与锂金属负极接触,充当负极的人工固态电解质界面( SEI )膜。

  锂金属电极由于其高理论比容量(3860mAh g-1)和低氧化还原电位,被认为是最有前途的可再充电负极。由于锂枝晶生长严重限制了锂金属负极的实际应用。因此,迫切需要有效的策略来抑制锂枝晶的生长,并使锂金属负极具有高可逆性,以实现安全和长寿命的锂金属电池。

  研究人员提出通过不同途径,优化电解液组成(锂盐、溶剂和添加剂)、在锂电极上原位或非原位构建人工固态电解质界面(SEI)、使用三维材料、使用单一锂离子导电膜作为集流体、以及对集流体进行改性,可以抑制锂枝晶。在这些方法中,具有高锂离子导电性和坚固化学结构的锂化Nafion(Li+-Nafion)引起了广泛关注,Li+-Nafion已被用作电解质膜材料和人工SEI材料。相关研究表明,Li+-Nafion电解质膜和人工Li+-NafionSEI层可以使锂离子在负极/电解质界面的通量均匀化,以维持均匀的锂镀层。在锂硫电池文献中,在集流体上沉积了厚度为几微米的薄Nafion涂层,以防止多硫化物的穿梭效应,并且Nafion涂层的表面与硫正极的接触,受这种结构的启发,如果Nafion涂层面向锂负极并与锂负极紧密接触,它可以充当人造SEI膜,同时在锂负极上制备NafionSEI膜的问题也可以得到解决,但到目前为止还没有此类研究的报道。

  一个巨大的挑战在于,在集流体上制备高度均匀的薄Nafion涂层非常困难,集流体上用作人工SEI膜的薄Nafion涂层需要比用作多硫化物交叉屏障的涂层均匀得多,否则,由于锂离子通量在锂/集流体界面上的不均匀分布,在没有涂层或涂层较少的区域下方优先镀锂,从而导致锂枝晶的生长。

  在此,作者提出了一种简便的方法,即使用超声波喷涂在聚丙烯(PP)集流体上沉积高度均匀的Li+-Nafion薄膜。在Li+-Nafion水溶液中加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF),以改善喷涂液滴与聚丙烯集流体基体的润湿性,这对于使用超声波喷涂工艺在聚丙烯集流体上制备厚度均匀的Nafion薄膜至关重要。Li+-Nafion薄涂层将聚丙烯集流体的Li+转移数显著地从0.34增加到0.76,离子电导率从7.24降低到2.77×10−4Scm-1,Li+-Nafion薄涂层的高度均匀性,以及Li+-Nafion(HU)/PP的改进的Li+转移数,均匀的Li+-Nafion薄涂层与锂负极紧密接触时抑制锂枝晶生长。相比之下,由普通Nafion溶液制备的聚丙烯集流体上的Li+-Nafion涂层具有不均匀的形态,从而产生更多的锂枝晶,无法改善锂硫电池的循环性能。因此,Li+-Nafion涂层提高了锂硫电池的循环性能。这项工作不仅为Nafion基人工SEI膜的制备提供了一种有效的方法,而且为在锂负极上通过适当的涂层引入高质量人工SEI膜提供了一种新方法。(文:李澍)