高性能鋰硫電池正極活性電解液添加劑的開發(fā)
作者：李西堯 化工系
指導(dǎo)老師：張強 化工系
關(guān)鍵詞：鋰硫電池、電解液添加劑、動力學(xué)
摘要
鋰硫（Li–S）電池氧化還原反應(yīng)過程的動力學(xué)遲滯是Li–S電池發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)障礙之一，會導(dǎo)致Li2S的不可逆沉積、電解質(zhì)的過量使用、循環(huán)壽命的縮短以及電池能量密度的降低。針對Li–S電池的這些瓶頸問題，本研究在電池體系中引入氧化還原調(diào)控劑DMDSe和DPDSe強化或替代原電化學(xué)反應(yīng)途徑，增加活性材料的利用效率，提升Li–S電池的實際能量密度。
圖1. 電解液添加劑具體作用示意
研究背景
電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用和可再生能源的存儲離不開低成本、高能量密度的電化學(xué)儲能裝置。相較于目前應(yīng)用的鋰離子電池，鋰硫電池原料豐富、成本更低、同時具有更高的能量密度，是很有前途的新一代儲能裝置。
然而，鋰硫（Li–S）電池氧化還原反應(yīng)過程的動力學(xué)遲滯是Li–S電池發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)障礙之一，會導(dǎo)致Li2S的不可逆沉積、電解質(zhì)的過量使用、循環(huán)壽命的縮短以及電池能量密度的降低。本項目旨在在原有電池體系中引入活性添加劑DMDSe和DPDSe，強化或替代原電化學(xué)反應(yīng)途徑，增加活性材料的利用效率，提升Li—S電池的實際能量密度。
研究策略與效果
設(shè)計具有快速動力學(xué)特征的添加劑。通過對添加劑體系的合理選擇，將其引入Li—S電池，獲得具有高負(fù)載量、貧電解質(zhì)、快速反應(yīng)動力學(xué)和高穩(wěn)定性的Li—S電池。
對Li—S電池中液—液轉(zhuǎn)化和液—固轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行深入分析和理解強化。通過在Li—S體系中引入活性添加劑，結(jié)合電化學(xué)、光譜測試平臺，分析活性添加劑存在情況下多硫化物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的強化作用，理解其強化機制。同時結(jié)合電化學(xué)、原位顯微和光譜研究，分析其對多硫化物向Li2S沉淀轉(zhuǎn)化的過程，以及Li2S沉淀溶解過程的調(diào)控和強化機制。
探索不同活性添加劑之間的協(xié)同作用。通過不同活性添加劑之間的協(xié)同作用，實現(xiàn)DMDSe和DPDSe的優(yōu)勢互補，更好地解決Li–S電池中的瓶頸問題，最終得到既具有高比容量、又具有循環(huán)穩(wěn)定性的Li–S電池。
