中國儲能網(wǎng)訊:清華大學(xué)何向明教授研究出一種以硫化聚丙烯晴(SPAN)為正極材料、容量達(dá)800mAh/g的聚合物鋰電池,鋰/硫化聚丙烯晴電池的能量密度超過240Wh/kg,且這種硫化聚丙烯晴材料具有超低成本和較低的能源消耗。另外,石墨/硫化聚丙烯晴電池將成為大型鋰蓄電池的有力候選者。
基于可逆電化學(xué)反應(yīng)的鋰蓄電池通過摻雜與去摻雜硫,硫化熱解聚丙烯晴可成為導(dǎo)電聚合物。硫化聚丙烯晴電池的容量比基于可逆電化學(xué)反應(yīng)的鋰蓄電池的容量大,特殊的充放電特性表明,硫化物電池遠(yuǎn)超鋰蓄電池機(jī)制。
何向明的研究成果顯示,當(dāng)深度放電到0V時,放電/充電容量為1502mAh/g和1271mAh/g,之后循環(huán)穩(wěn)定在1V到3V之間。在0.1V和3V之間時,循環(huán)性能穩(wěn)定,容量為1000mAh/g。
對于過充電,電壓會突然降到3.88V,之后穩(wěn)定在2V左右。過充電后,無法再繼續(xù)充電,表明電池具有過充電的內(nèi)在安全性。
充電的上限電壓是3.6V。充電電壓到3.8V時,無法再繼續(xù)充電;電壓到3.7V時,3次循環(huán)后也無法再充電。
另外,2個硫化物/鋰電池與2個鈷酸鋰/鋰電池?fù)碛袔缀跸嗤姆烹婋妷海虼?,他們之間具有良好的互換性。
這種電池的充電電壓及容量會隨著溫度的下降而提高。在60℃和-20℃時的放電容量分別為854和632mAh/g。聚合物負(fù)極工作溫度在-20℃以上。
充電電壓及容量會隨著電流密度的增加而下降。在電流密度為55.6mA/g時,容量為792mAh/g;電流密度為667mA/g時,容量為604mAh/g。這表明該種電池可工作在電流密度較高的狀態(tài)下。
硫化物電極在放電(嵌入鋰離子)時體積會膨脹,充電(脫鋰離子)時會收縮。第一次放電后,正極厚度會增加約22%。金屬鋰負(fù)極和硫化物正極的厚度變化會相互補(bǔ)償,以保證電池整體厚度不會出現(xiàn)太太變化。導(dǎo)電聚合物也有同樣的特性。在EIS研究中,等效電路時的測定與擬合結(jié)果。
由于硫化熱解聚丙烯晴(SPAN)與熱解聚丙烯晴(PPAN)的結(jié)構(gòu)不同,前者在600℃以上仍能保持穩(wěn)定。
用硫化聚丙烯晴做正極,鋰箔做負(fù)極的原型聚合物鋰電池,大小為4x40x26mm3,能量密度為246Wh/kg或401Wh/l。
另外,在以石墨做鋰硫電池負(fù)極的實驗中,在一個干燥的空氣或惰性氣體盒內(nèi),用Celgard的2400孔隔膜做隔片,置于正負(fù)極之間形成電芯,在負(fù)極與隔片之間是100μm厚的鋰箔材料,然后注入1MLiPF6-EC/DEC電解液,最后密封成扣式電池。特性曲線如圖4所示。添加Li2.6Co0.4N后的充放電曲線。
上述兩種方法中,以石墨做負(fù)極比金屬鋰更安全;鋰化前的硫化物正極由電化學(xué)的鋰化生成;在硫化物/石墨電池和硫化物/鋰電池之間存在0.2V的電壓差;硫化物/石墨電池具有更穩(wěn)定的循環(huán)壽命。