黄学杰/张恒JACS:创新!采用元素硫来构建高能负极的坚固SEI! 2023年10月8日 下午8:46 • 未全平台发布, 顶刊 • 阅读 39 采用高能负极材料(如硅基和硅衍生物材料)制备的可充锂基电池被认为是满足新兴市场严格要求的可行方案,包括电动汽车和电网存储,因为与当代锂离子电池相比,其能量密度更高。高能负极上的固体电解质界面层(SEI)的坚固性对于实现电池的长期和稳定循环至关重要。 中科院物理所黄学杰、华中科技大学张恒等提出了一种新型的设计正极添加剂(DCA),即正极上的超薄元素硫涂层,以用于在各种类型的高能负极上原位形成薄而坚固的SEI层。 图1. 用于高能负极的DCA的示意 这一策略主要是基于以下考虑而构思的: (1)通过还原反应,元素硫可原位转化为多硫化物,这可能引发环状碳酸酯的开环聚合(例如,碳酸乙烯酯(EC))并在高能负极表面构建弹性SEI层; (2)通过氧化反应,元素硫可作为形成烷基硫酸盐(R-OSO2OLi)的前体,这有助于机械稳定负极-电解质界面并促进Li+阳离子的快速传输; (3)与含硫电解液添加剂(如 ES、PS 和 DTD)相比,元素硫易于以低成本获得,这确保了它们在工业水平上的实际应用。 因此,通过在正极中引入少量的元素硫,元素硫在与碳酸乙烯酯(EC)的反应下,经历了还原和氧化的途径,生成了类似聚环氧乙烷(PEO)的聚合物和烷基硫酸锂(R-OSO2OLi)。结果,在负极-电解质界面新产生的物种可以有效地缓解充电过程中的体积膨胀,并形成导电网络,快速传输Li+阳离子,这对硅基材料(如SiC450和SiC900)和硅衍生物负极材料(如理论容量为1608 mAh g-1的Si-Sn合金)都很有效。 图2. SiC||DCA-LFP电池中DCA的化学性质 受益于上述优势,仅用0.5wt%的DCS元素硫,SiC450||DCA-LFP、SiC900||DCA-LFP和Si-Sn合金||DCA-LFP电池在100次循环后,容量都分别增加了14.1、22.9和35.2%,倍率容量在5C下分别增加了19.1、24.4和14.6%。 总的来说,作者证明了DCA元素硫在容量保持、倍率性能、普遍适用性、成本降低和低电阻等五个方面具有综合优势。更具突破性的是,这种利用DCA驯服SEI的新方法为未来高能锂基充电电池的界面设计提供了新的机会。 图3. 采用DCA的电池的电化学性能 Designer Cathode Additive for Stable Interphases on High-Energy Anodes. Journal of the American Chemical Society 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c04124 原创文章,作者:v-suan,如若转载,请注明来源华算科技,注明出处:https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/08/adf0ce519d/ 电池 赞 (0) 0 生成海报 微信扫码分享 相关推荐 西交丁书江团队,最新Nature子刊! 2023年10月11日 JMCA: 机器学习揭示控制固体电解质中离子迁移率的因素 2023年10月8日 周豪慎/何平Nature子刊:全固态可充电Li-I2电池,可循环9000次! 2023年10月15日 张朝峰/郭再萍/张仕林EES:用于先进储能的共价三嗪框架——挑战和新机遇 2023年9月30日 清华刘凯团队,最新ACS Nano! 2023年10月12日 东南大学王金兰/凌崇益团队,最新ACS Catalysis! 2024年7月8日