En semi-interkaleringsreaktion för att förbättra redoxkinetiken för helfasta litium-svavelbatterier

En semi-interkaleringsreaktion för att förbättra redoxkinetiken för helfasta litium-svavelbatterier

Författarinformation och artikelsammandrag

2022 utvecklade Dr. Li Chuang från Tsinghua Shenzhen Research Institute ett solid-state litium-sulfuriserat polyakrylnitril (Li-SPAN) batteri med en saltbelagd polymerelektrolyt.

I denna struktur fixeras svavel i polyakrylnitrilsubstratet under cykling, bildningen av Li2S förhindras, så att dess prestanda uppvisar snabbare redoxkinetik och mindre volymförändringar än konventionella solid-state litium-svavelbatterisystem.

Den här artikeln är den första rapporten som förbättrar redoxkinetiken för solid-state Li-SPAN-batterier genom att ändra styrkan hos CS-bindningar istället för att använda katalysatorer, vilket öppnar upp nya möjligheter för design av högpresterande solid-state litium-svavelbatterier i framtiden.

Experimentellt protokoll

1. Materialförberedelse:1PVHF1FSI fast elektrolyt, solid SPAN positiv elektrod.

2. Elektrokemiskt test:Elektrolytens jonledningsförmåga testades av EIS, och 2032-typ Li-SPAN knappbatteri och mjukpackade battericeller preparerades, och volymsvällningen av SPAN och litiumnegativa elektroder testades med användning av in-situ tjocklekssvällningsmätning enhet MCS1000 (IEST).

3. Materialkarakterisering:SEM, XPS, Raman, NMR.

Resultatanalys

Figur 1. Prestandakarakterisering av fast elektrolytmembran 1PVHF1FSI i Li-SPAN batteri

Författaren karakteriserar prestandan hos det fasta elektrolytmembranet 1PVHF1FSI i Li-SPAN-batteriet i många aspekter, det visar sig att det har en kontinuerlig porös kanal, vilket kan ge en bra jonledningsväg, och dess goda mekaniska egenskaper kan hämma tillväxten av litiummetalldendriter.

Lagringsmekanismen för litiumjoner i 1PVHF1FSI-baserade solida Li-SPAN-batterier skiljer sig från den i flytande Li-SPAN-batterier, efterföljande författare karakteriserade polarisationsspänningen, CV-kurvan, cykelkapaciteten och hastighetsprestandan för de tre elektrodmaterialen. förtydligas vidare att solid-state SPAN har bättre cykelstabilitet och hastighetsförmåga på grund av hög redoxkinetik och låg volymförändring.

D

Figur 2. Analys av lagringsmekanismen för Li i solid-state SPAN

Författaren analyserade vidare lagringsmekanismen för litiumjon i solid-state SPAN genom in-situ raman och in-situ testanordningar för svällningstjocklek. Det visade sig att i solid-state SPAN bildades Li4S2-PAN-strukturen när Li-joner bröt SS-bindningen när de lagrades i solid-state SPAN, denna process är som en litiuminterkaleringsreaktion, så författarna kallar denna mekanism en kvasi-interkalering reaktion.

Figur 3. Prestandakarakterisering av solid SPAN-påsebatterier

Efter att ha analyserat reaktionsmekanismen, sammanställde författaren solid-state och flytande SPAN soft-pack-batterier för att karakterisera deras cykelstabilitet och böjningsprestanda, har det visat sig att solid-state SPAN-batteriet har god flexibilitet, kapacitetsretentionshastigheten är likvärdig med spännets prestanda, och elektrolytens termiska stabilitet är också mycket bra, vilket kan motstå påverkan av kortslutning eller nålstick.I praktiska tillämpningar kan den också ladda smartphones.

Sammanfatta

Den här artikeln beskriver utvecklingen av ett solid-state Li-SPAN-batteri med en saltinkapslad polymerelektrolyt med hög molekylvikt. I denna struktur är S immobiliserat i PAN-substratet under cykling,förhindrar bildningen av Li2S och resulterar i snabbare redoxkinetik och mindre volymförändringar vad gäller prestanda jämfört med traditionella solid-state Li-S batterisystem. Detta arbete ger en ny metod för att förbättra svavelredoxkinetiken för solid state Li-S batterier.