科研动态

二维层状粘土基载体材料助力高性能锂硫电池

来源: 时间:2021-11-19

  电动汽车和电网储能等新兴技术的快速发展对二次电池的能量密度提出了更高的要求。近年来,锂硫电池因具有极高的理论能量密度(2600 Wh kg-1)而成为了二次电池领域研究的重点和热点。阻碍锂硫电池实现大规模商业化应用的关键问题,是活性物质硫和放电产物Li2S2/Li2S导电性差、多硫化锂穿梭效应及氧化还原反应动力学缓慢。


  图1 基于高导电性CoS2插层/包覆蒙脱石的锂硫电池正极材料制备过程及其作用机理示意图

  二维层状粘土材料层间通道结构可以促进电极或隔膜中锂离子的高速传输,而且粘土硅铝酸盐片层对多硫化锂具有强化学吸附作用,可有效抑制穿梭效应。利用这一特性,省科学院化工研究所电子信息材料研究团队开发了一种基于导电纳米材料插层/包覆蒙脱石的方法(图1)。在解决蒙脱石不导电问题的同时,进一步优化了层间锂离子传输通道结构,并且所制备的复合载体材料对多硫化锂具有吸附-催化协同作用,从而有效强化了多硫化锂的吸附及氧化还原动力学过程。所制备的锂硫电池正极材料具有优异的电化学性能(图2),在2 C高电流密度下循环500次后,其放电容量仍可达520 mAh g-1,而且倍率性能可达5 C(~548 mAh g-1)。该研究为二维层状粘土材料在锂硫电池中的应用提供了新思路。近五年来,二维层状粘土材料,特别是蒙脱石纳米粘土材料,在锂硫电池正极和隔膜中展现出了突出的应用潜力。


  图2 基于高导电性CoS2插层/包覆蒙脱石的锂硫电池正极电化学性能

  相关研究成果分别发表在国际权威期刊ChemSusChem及Nanotechnology Reviews上,论文第一编辑为吴炼博士。该研究得到了国家自然科学基金项目、中国博士后科学基金项目、668866路线建设国内一流研究机构行动专项资金项目等的资助。

  论文信息:

  [1] L. Wu, Y. Yu, Y. Dai, Y. Zhao, W. Zeng, B. Liao, H. Pang, Multisize CoS2 particles intercalated/coated-montmorillonite as efficient sulfur host for high-performance lithium sulfur batteries, ChemSusChem 10.1002/cssc.202101991.

  [2] L. Wu, Y. Dai, W. Zeng, J. Huang, B. Liao, H. Pang, Effective ion pathways and 3D conductive carbon networks in bentonite host enable stable and high-rate lithium-sulfur batteries, Nanotechnology Reviews 2021, 10, 20-33.

  省科学院化工研究所/供稿

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