多孔碳/Fe金属化合物改性隔膜在锂硫电池中的应用
Application of porous carbon /Fe metal compound modified membrane in Lithium sulfur battery
陈文,张邦文,韩佩,翟耀,胡文博,董硕
( 内蒙古科技大学 材料与冶金学院,内蒙古 包头 014010)
摘 要: 锂硫电池具有优异的理论比容量和超高的能量密度,同时正极活性材料单质硫( S8 ) 价格低廉,对环境友好,使锂硫电池成为取代常规锂离子电池的最佳候选者,由于S8在反应过程中产生的多硫化物( LIPSs) 在浓度梯 度和电场的作用下穿过孔径远大于 LIPSs 尺寸的商业聚烯烃隔膜( PP)造成活性物质损失,容量下降,为解决 LIPSs 穿梭问题,将C/Fe3O4和C/Fe,95 S1,05分别涂覆在 PP 膜正极侧上,C/Fe3O4 和 C/Fe. 95 S1. 05对具有极性的LIPSs有吸附作用,同时加快 LIPSs 的氧化还原反应,抑制 LIPSs 的穿梭,改善锂硫电池的性能,提高了循环稳定性 . 经吸 附实验对比,C/Fe3O4对LIPSs 的吸附性更强 . 经电化学测试对比发现 C/Fe. 95 S1. 05对 LIPSs 催化性更强 . 在2 C充 放电倍率下,C/Fe,95 S1. 05 /PP 改性隔膜电池放电比容量为 714. 8 mAh /g,循环 200 次后为 488. 4 mAh /g,容量衰减率 为 0. 15%。
关键词: 锂硫电池; C/Fe3O4;C/Fe.95 S1.05 ; 催化; 吸附
DOI: 10.16559 /j.cnki.2095 - 2295.2022.03.004
基金项目: 内蒙古自治区自然科学基金资助项目( 2020ZD17)
作者:陈文,张邦文,韩佩,翟耀,胡文博,董硕
参考文献:
[1] 张胜利,陈功峰,宋延华,等.锂硫二次电池硫/碳正极 复合材料的研究进展[J].化 工 新 型 材 料,2014,42 ( 05):18.
[2] 朱惜林,李素珍,熊玮,等.锂离子二次电池 LiMn2O4 正极材料的研究[J].包头钢铁学院学报,2000( 03):186.
[3] Cai Y,Yan Z,Shi S,et al.Titanium oxide nanowire clots with two-phase composition as multi-effect sulfur reservoirs for lithium-sulfur batteries[J].Scripta Materialia,2021( 202):113989.
[4] Kang N,Lin Y,Yang L,et al.Cathode porosity is a missing key parameter to optimize lithium-sulfur battery energy density[J].Nature Communications,2019,10 ( 1):1.
[5] Li J,Guo Y,Wen P,et al.Constructing a sandwichstructured interlayer with strong polysulfides adsorption ability for high-performance lithium-sulfur batteries[J].Materials Today Energy,2019( 14):10033.
[6] Li P,Deng J,Li J,et al.Hollow graphene spheres coated separator as an efficient trap for soluble polysulfides in LiS battery[J].Ceramics International,2019,45( 10):13219.
[7] Cao G,Wang Z,Bi D,et al.Atomic-scale dispersed Fe based catalysts confined on nitrogen-doped graphene for Li-S batteries polysulfides with enhanced conversion efficiency[J].Chemistry European Journal,2020,26( 45):10314.
[8] 高希雅,邓子华,李存璞,等.锂硫电池中的催化应用 [J].化工进展,2021,40( 09):5073.
[9] 范燕鹏.金属有机骨架材料在锂硫电池中的应用及其 锂离子传输机制研究[D].苏州: 苏州大学,2019.
[11] 李英楠,闫晓燕,刘宝胜,等.金属硫化物在锂硫电池 正极中的应用进展[J].中国有色金属学报,2021,31( 11):3272.
[12] He J,Luo L,Chen Y,et al.Yolk-shelled C@ Fe3O4 nanoboxes as efficient sulfur hosts for high-performance lithium-sulfur batteries[J].Advanced Materials,2017, 29( 34):1702707.
[13] Sun L,Geng J,Gao M,et al.Novel WS2 /Fe0.95 S1.05 hierarchical nanosphere as a highly efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction[J].Chemistry-A European Journal,2021,27( 42):10998.
[14] Chen H,Wan S,Tian P,et al.MoS2 /CN/Fe0.95 S1.05 with a hierarchical architecture as a long-durable anode for sodium ion batteries[J].ACS Applied Energy Materials,2021,4( 11):12728.
[15] 惠鹏.Fe 基 MOFs 及其衍生金属氧化物复合材料在 锂硫电池正极的改性研究[D].西安: 西安理工大学, 2020.
[16] 蔡诗怡,李津瑜,吴丽霞,等.金属有机框架材料在锂 硫电池的应用前沿进展[J].化工进展,2021,40( 6):3046.
[17] 郭林莉,张新,肖敏,等.二维材料修饰隔膜抑制锂硫 电池 穿 梭 效 应 策 略[J].化 学 进 展,2020,33 ( 7 ):1212.
[18] 郭雅芳,肖剑荣,侯永宣,等.锂硫电池隔膜改性研究 进展[J].材料导报,2018,32( 7):1073.
[19] Zhang N,Levin B,Yang Y,et al.Porous Fe3O4 nanospheres as effective sulfur hosts for Li-S batteries[J].Journal of the Electrochemical Society,2018,165( 9):A1656.
[20] 白哲,李睿健,侯文硕,等.双金属硫化物 CuCo2 S4 的 合成及其在锂硫电池中的应用[J].化工学报,2020, 71( 9):4282.