高容量,长寿命的全固态锂硫电池

丰桥技术科学大学电气与电子信息工程学系主任松田淳典教授,武藤博之教授,H岛和宏助教授,阮惠惠研究员助理,松田丽子研究员和前田隆明先生(硕士课程)技术已经通过低成本和简单的液相工艺制得了活性硫材料和碳纳米纤维(CNF)复合材料。

使用通过液相法获得的硫-CNF复合材料的全固态锂硫电池,其放电容量和循环稳定性均优于锂离子二次电池。因此,这些全固态锂硫电池使得将来能够在诸如电动车辆的大规模电池中得到应用。

去年获得诺贝尔化学奖的锂离子二次电池已被广泛用作智能手机,电动汽车等的电源。全固态电池作为下一代电池也引起了人们的关注。近年来由于混合动力和电动汽车的增加。

特别地,全固态锂硫电池由于其能量密度是传统锂离子二次电池的五倍高而备受关注。然而,硫是绝缘体,因此限制了其在电池装置中的应用。为了解决这个问题,必须为硫提供离子和电子传导路径。

我们的研究小组建议,通过静电组装方法将硫磺活性材料和碳纳米纤维(CNF)结合在一起,从而可以在溶液中均匀地结合材料,从而制成阴极复合材料。

使用硫-CNF 复合材料和电化学稳定的Li 2 S-P 2 S 5 -LiI固态电解质的全固态锂硫电池,通过液相工艺合成,其放电容量相当于硫的理论容量,并且在反复充电后仍保持高容量,放电周期。

我们专注于使用低成本且简单的静电吸附方法制造可以均匀结合纳米材料的硫碳复合材料。证实了通过静电吸附法合成的硫-碳复合物上的硫以片状形式积聚在碳纳米纤维上。

我们制造了全固态锂硫电池,发现硫被充分用作活性材料。另一个优点是这种硫-碳复合材料的生产成本比常规方法低。”静电吸附方法是通过使用聚电解质调节颗粒的表面电荷来静电吸附较大的母颗粒和较小的颗粒,以引起静电相互作用。

尽管已经报道了通过静电吸附设计多种陶瓷复合材料的方法,但是难以调节硫的表面电荷。但是,我们的研究小组通过化学反应成功地调节了电荷,其中Na 2 S和S在离子交换水中反应形成水溶性Na 2 S 3。因此,本研究通过应用静电吸附的基本原理实现了一种新的化学过程。

该方法是一种低成本且相对简单的制备硫-碳复合材料的方法,因此适合批量生产。通过该方法将使用硫活性材料的全固态锂硫电池投入实际使用。此外,预计电动汽车,家用和商用大型动力电池的能量密度将呈指数级提高。

文章来源:Phys.org

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