二氧化锰纳米片改性隔膜在锂硫电池中的应用

发布时间：2021-06-25 09:34

　　锂硫电池具有较高的理论能量密度,被认为是最有发展潜力的下一代高能量密度储能器件之一。然而多硫化物穿过隔膜形成的穿梭效应导致电池容量衰减过快、使用寿命降低,严重阻碍了锂硫电池商业化。以层状氧化石墨烯为模板,采用氧化还原法合成了二氧化锰纳米片,通过低压抽滤获得二氧化锰改性隔膜。利用TEM、XRD、FTIR、SEM、AFM等对该二氧化锰纳米片及改性隔膜的微观结构、形貌等进行表征;采用恒电流充放电、循环伏安法、电化学阻抗法对二氧化锰改性隔膜电化学性能进行测试。研究结果表明,二氧化锰纳米片能均匀覆盖聚丙烯隔膜表面的微孔,通过物理阻隔和催化作用,有效抑制了多硫化物的穿梭,提高了锂硫电池的比容量和循环稳定性。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

Li2S6的吸附实验及渗透实验

为了研究MnO2的催化作用，进行了对称电池实验，实验结果如图9(a)所示，Super-P电极没有明显的反应电流；相比于GO，当电极为MnO2时，反应电流最大，这证明了MnO2具有催化作用，可加快多硫化物的转化，提高电化学反应速率[30-31]。对充放电后的电池进行拆卸后，取出PP隔膜和MnO2/PP隔膜进行红外光谱测试，测试结果如图9(b)所示，MnO2/PP隔膜的光谱中在668 cm-1处出现聚硫酸盐化合物的特征峰[32]，表明聚硫酸盐化合物的生成，而纯PP隔膜中没有出现聚硫酸盐化合物的特征峰，这排除了多硫化合物被空气氧化生成聚硫酸盐的可能。2.2 电化学性能分析

为了研究MnO2/PP隔膜能否提高锂硫电池氧化还原反应速率，对分别装配有MnO2/PP隔膜、GO/PP隔膜、商业PP隔膜的电池进行了CV测试。循环伏安曲线如图12所示，曲线均显示出两个明显的还原峰和一个氧化峰，这是锂硫电池典型的电化学特征[37-38]。此外，氧化峰与还原峰之间的电压差可以反映电池的极化程度，电压差为硫的还原峰ⅰ和氧化峰ⅱ之间的差值[39]。图中显示装配有PP、GO/PP和MnO2/PP隔膜的锂硫电池的两峰差距分别为0.35、0.31和0.29 V，这与恒流充放电平台之间的电压差趋势相同；与商业PP隔膜相比，装配有MnO2/PP隔膜的锂硫电池的两峰差距减小了0.06 V。这表明其极化程度减小，这是由于二氧化锰对多硫化物具有催化作用，同时二氧化锰修饰层能够改善隔膜与电解液的浸润性，降低了内阻，这使得电池内部所进行的氧化反应更为彻底。图1 1 PP、GO/PP、MnO2/PP隔膜的阻抗图

【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能锂硫电池研究进展[J]. 刘帅,姚路,章琴,李路路,胡南滔,魏良明,魏浩.  物理化学学报. 2017(12)
[2]复合隔膜在锂硫电池中的应用评述[J]. 许睿,赵梦,黄佳琦.  储能科学与技术. 2017(03)
[3]锂硫电池先进功能隔膜的研究进展[J]. 黄佳琦,孙滢智,王云飞,张强.  化学学报. 2017(02)



本文编号：3248968