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Joule荐读:南洋理工大学楼雄文课题组——“葡萄串状”锂硫电池正极材料

年来,锂硫电池因其高能量密度和低成本的特性获得了广泛的关注。为了满足实际应用中对二次电池能量密度的要求,锂硫电池的设计必须考虑多种影响因素,其中最重要的是采用高载硫量的正极。但是,由于硫本身的电导率低,中间产物多硫化锂易于溶解流失,高载量的锂硫电池往往很难获得良好的容量发挥和循环寿命。

针对高硫载量正极面临的挑战,新加坡南洋理工大学楼雄文教授课题组提出了一种“葡萄串状”分级结构的锂硫电池正极材料Joule 2017, 1, 576-587)。该工作利用静电纺丝技术将一氧化钛(TiO)空心纳米球紧密堆积在一起,由碳层连接成为直径1.1-1.6微米、长度数百微米的纤维状结构,然后将73wt%的硫填充在该基体结构中得到最终的正极材料。相对于该课题组的前期报道的工作(Nat. Commun. 2016, 7, 13065),发表在Joule上的最新工作成功的将纳米材料和微米级块体材料各自独有的优点结合在了一起:(1)储存在每个纳米反应腔内的硫都具有优异的反应活性;(2)数百微米长的纤维状二次颗粒易于制备稳定的高载量电极片;(3)得益于一氧化钛和碳层良好的导电性和二次颗粒的纤维状结构,该正极材料可以在电极片中构筑起良好的导电网络;(4)极性的一氧化钛能够有效吸附多硫化锂,保证电池的循环稳定性。基于该“葡萄串状”正极材料的锂硫电池的循环和倍率性能都得到了显著的提高。

锂硫电池的商业化之路仍然漫长,仍然需要大量的基础研究和工程评估,如:降低关键材料的成本,减少电解液的用量,保护金属锂负极,提高电池的安全性和可靠性等等。研究人员希望该工作可以从电极材料结构设计的角度为相关领域的研究人员提供有益的启发。

Joule荐读:南洋理工大学楼雄文课题组——“葡萄串状”锂硫电池正极材料

图1. “葡萄串状”正极材料的合成过程及中间产物的表征。

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图2. 对制备得到的储硫基体的表征。

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图3. 复合硫之后得到的正极材料。

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图4. “葡萄串状”硫基正极材料的倍率性能。

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图5. “葡萄串状”硫基正极材料的循环性能。 

Zhen Li, Bu Yuan Guan, Jintao Zhang, Xiong Wen (David) Lou, A Compact Nanoconfined Sulfur Cathode for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries. Joule 2017,1 (3), 576-587, DOI: 10.1016/j.joule.2017.06.003

http://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(17)30003-X#

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参考文献:Joule

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