化院王久林教授團(tuán)隊在本征安全鋰硫電池研究取得進(jìn)展
因其理論能量密度高和硫資源豐富，鋰硫電池代表下一代高能電池發(fā)展方向。通過多種綜合策略，鋰硫電池的電化學(xué)性能得到了顯著地提升。然而，安全問題仍然是限制其實際應(yīng)用的瓶頸之一。這主要源于電池中高度易燃的有機(jī)溶劑和硫正極（黑火藥），以及循環(huán)過程中形成的高度活潑鋰枝晶。如何構(gòu)建本征安全的鋰硫電池，同時不犧牲其電化學(xué)性能，是鋰硫電池推向?qū)嶋H應(yīng)用進(jìn)程中的主要挑戰(zhàn)。
上海交通大學(xué)王久林研究員團(tuán)隊從2007年就著手研究高安全鋰硫電池，創(chuàng)制的S@pPAN硫復(fù)合正極材料具有本征不燃優(yōu)點（熱裂解的PAN為固體阻燃劑），并采用多種阻燃添加劑消除了有機(jī)溶劑燃燒隱患（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 10099；Chem. Commun., 2014, 50, 7011；J Power Sources 2013, 223, 18）。為確保鋰硫電池在充放電循環(huán)全周期安全，該團(tuán)隊進(jìn)一步采用阻燃劑作為電解質(zhì)溶劑成分（Chem Commun, 2018, 54, 4132）。
近期，該團(tuán)隊在本征安全鋰硫電池研究方面獲得了新的突破。采用雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）溶于磷酸三乙酯（TEP）和高閃點氟代醚1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（體積比1:3）獲得了飽和電解液，其中鋰鹽濃度：1.1mol/L。相比于高鹽濃度體系，該電解液體系具有低成本、低黏度等優(yōu)點，而且進(jìn)一步增強了高鹽濃度體系對鋰負(fù)極的保護(hù)。該本征阻燃電解液（IFR）具有優(yōu)異的鋰金屬沉積溶出效率（高于99%），獲得無枝晶的鋰沉積形貌，即有效地消除了金屬鋰負(fù)極可能存在的安全隱患。在常溫下鋰對稱電池（0.5mA cm-2/1.0mAh cm-2）壽命超過2400小時（100天）。在高溫（60°C）測試條件下獲得了微米級而且致密的鋰沉積形貌。與高硫含量（52.6 wt%）的S@pPAN正極匹配時，60°C下正極材料比容量（840.1 mAh g-1，基于整個復(fù)合材料計算）和高的硫利用率（95.6%）。該體系的優(yōu)點在于60°C高溫條件下，實現(xiàn)了安全特性和電化學(xué)性能協(xié)同提升效應(yīng)。
相關(guān)工作已經(jīng)在線發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed.，文章第一作者為碩士研究生楊慧軍，通訊作者為王久林研究員。該工作獲得了國家自然基金委重點項目資助（21333007, U1705255）。文章鏈接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201811291
撰稿：楊慧軍
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