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传统的嵌入型锂电池正极材料,如橄榄石(LiMP

来源:原创    时间:2019-09-10 04:27    浏览量:169 

传统的嵌入型锂电池正极资料,如橄榄石(LiMPO4)、层状(LiMO2)及尖晶石(LiM2O4)等,尽管具有优秀的电化学可逆性,可是其少数电子搬运(0.5-1个)的短板极大约束了它们的电荷贮存容量和能量密度,已不能满足可移动电子设备、电动汽车及智能电网等使用领域的快速开展。
而根据多电子转化反响的氟或硫基正极因其极高的理论比容量和能量密度(例如:Li-FeF3, 713 mAh g-1, 1950 Wh kg-1; Li-S, 1672 mAh g-1, 2567 Wh kg-1)正在成为下一代动力存储系统正极资料的有力竞争者。
可是,氟基正极面临着缺少内涵锂源、较差的容量坚持才能和倍率功用等要害应战。
而预锂化的氟化物又简单相别离,导致绝缘氟化锂的粗化存在及其在充电进程中分化困难等问题。
硫基正极因为单质硫和放电产品(Li2S/Li2S2)的绝缘性、放电中心相多硫化物(LiPSs)的易溶解性及其转化动力学有限,导致锂硫电池的实践使用受限。
在氟/硫基正极异质界面引进具有催化效应的活性位点或纳米晶域,可完成LiF或锂硫化物的高效裂解或转化,以进步转化反响的倍率功用和下降其过电势,推进氟/硫基正极挨近其能量密度极限。
近期,我国科学院上海硅酸盐研讨所研讨员李驰麟,别离与我国工程物理研讨院研讨员崔艳华和中科院宁波资料技能与工程研讨所研讨员杨明辉协作,在氟/硫基正极异质界面催化的组成规划方面取得了系列研讨进展,相关效果先后宣布在世界期刊ACS Nano上。
关于寻求含锂的氟化物正极,很多研讨致力于用球磨办法将还原性过渡金属或贱价态金属氧化物或氟化物与LiF纳米晶混合,可是这类纳米复合资料依然存在较大的过电势和低的电流密度等下风。
该作业初次提出了氟基催化的概念,在脉冲激光堆积技能制备的LiF/Fe/Cu(LFC)薄膜电极中完成了三相的晶域均匀散布、紧致触摸和晶粒成长按捺,导致双金属(Cu/Fe)纳米晶域对LiF的低电位催化裂解,这一进程极大激活了含锂氟基正极的转化反响活性(~400 mAh g-1)和能量功率(~80%)。
即便在不增加导电增加剂和粘合剂的情况下,这种锂化异质结构(LiF/Fe/Cu)能够完成明显的初次充电进程,其充电容量开释可达300 mAh g-1,且具有较低的充电过电势(2.7 - 4 V)。
LFC电极的可逆循环可达200圈以上,且赝电容储能奉献大于50%。
与Fe-F电化学进程比较,Cu纳米晶域掺入对Fe-Cu-F构成和分化的动力学有极强的催化作用,使得LFC正极的能量和功率密度别离可超越1000 Wh kg-1和1500 W kg-1。
该作业标明,只需内建导电(催化)网络规划合理,LiF基正极资料对错常有潜力的。
该作业宣布于ACS Nano2019, 13, 2490-2500。
一起具有高导电性、高吸附性和催化活性的硫宿主骨架是锂硫电池长时间寻求的方针,可是被广泛研讨的多为结构疏松的多孔碳骨架资料。

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