Advanced Energy Materials:看无粘结剂Li2S如何提升锂硫电池能量密度

来自绝缘S和Li2S2/Li2S(Li2S1-2)放电产品的挑战制约着高能量密度锂硫电池系统的发展。绝缘Li2S1-2沉积在硫基正极(如S和Li2S)表面限制了反应动力学,导致电化学性能变差。近日,卧龙岗大学郭再萍(通讯作者)和王佳兆(通讯作者)等人在材料研究顶级期刊Adv. Energy Mater.上发表了题为”Accelerated Polysulfide Redox in Binder-Free Li2S Cathodes Promises High-Energy-Density Lithium–Sulfur Batteries”的研究性论文。

硫基正极放电中的两种Li2S1-2沉积模型

作者揭示了粘结剂对Li2S1-2在硫基正极上沉积的影响,以及聚偏二氟乙烯与Li2S/多硫化物之间的相互作用。这种相互作用会阻碍粘结剂附近的电化学反应,导致覆盖在正极表面的绝缘Li2S1-2的致密沉积。

电极制备工艺对放电和带电Li2S正极表面形貌的影响

在没有这种粘结剂的情况下,可以在整个正极上实现局部均匀的Li2S1-2沉积,有效地避免了表面堵塞,显著提高了电极利用率。采用无粘结剂Li2S正极构建的全电池,在超高Li2S负载和贫电解液下,重量和体积能量密度分别为331.0 WH kg−1和281.5 WH L−1,为下一代硫基电池的设计提供了一种简便而实用的方法。

NP−Li2S和P−Li2S电化学性能的初步评估

Accelerated Polysulfide Redox in Binder-Free Li2S Cathodes Promises High-Energy-Density Lithium–Sulfur Batteries (Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202100957)