锂硫电池电解液添加剂的筛选与性能研究

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锂硫电池由于具有高比容量和价格低廉等优点成为新能源领域研究热点。锂硫电池研究面临正极钝化严重、锂负极反应活性强及飞梭效应严重等问题导致的库伦效率降低、循环性能差等问题。本论文主要开展锂硫电池电解液的优化研究。一方面,以抑制正极钝化、提升高面电流密度下锂硫电池放电性能为目的,对多种醚类溶剂和添加剂进行筛选,确定适宜的电解液有机溶剂和添加剂;另一方面,探索了不使用LiNO3的条件下抑制飞梭效应的方法,包括采用添加剂提高电解液的黏度及采用添加剂形成负极SEI膜,并初步尝试了使用功能性固体电解质隔膜实现正负极之间的有效隔绝。对有机溶剂和添加剂分析筛选结果表明,DOL对负极的保护效果比DME好,宜与对从聚硫锂到Li2S的系列电极产物有一定溶解性的有机溶剂复配使用。电解液中加入SL总体而言可以改善高电流密度(包括高硫载量和增大放电倍率)下的放电性能。添加量为4-8%时最有利于减轻正极极化,提高低平台电压和提升高硫载量正极循环性能。SL改性电解液在放电过程中可部分溶解正极碳骨架表面沉积的硫化物,可有效缓解锂硫电池放电中后期的硫化物沉积在正极表面造成的正极钝化现象。为了抑制飞梭效应,使用高黏度的SL作为电解液添加剂时,当SL:DOL=5:5时,比容量衰减速率较慢,循环性能稳定。但是通过SL提高电解液黏度抑制飞梭效应难以实现锂硫电池长效稳定循环。使用含氟醚类电解液添加剂的锂硫电池效率较高,但锂对称电池中电流密度升至0.2mA cm-2后负极稳定性下降;使用Li2S-P2S5添加剂的锂硫电池,循环过程极化较为严重,低平台消失。电解液添加剂的研究仍需系统开展有效的研究工作。使用陶瓷隔膜有助于抑制比容量衰减,20次循环后从1000 mAh g-1衰减至900 mAh g-1。库伦效率稳定地维持在100%,飞梭效应完全被抑制。但需进一步解决多种原因造成的极化问题。
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