鋰電池回收**薄固體電解質(zhì)

時間：2020-06-09作者：江西聚鑫源廢舊物資回收有限公司瀏覽：101

鋰電池回收**薄固體電解質(zhì)

 

二硫化鉬（MoS2）比容量高且應用廣泛，被認為是較具有前景的鋰離子電池陽極之一，然而它的固體電解質(zhì)中間相（SEI）并不穩(wěn)定，因此了解其充放電時的結(jié)構(gòu)演變和反應機理對于進一步提高電池性能是至關(guān)重要的。




日前，中科院化學所課題組通過原位電化學原子力顯微鏡觀察了**平面單層二硫化鉬上固體電解質(zhì)中間相膜和鋰化/脫硫化鉬的界面過程，定量分析了氟代碳酸乙烯酯（FEC）固體電解質(zhì)中間相膜在循環(huán)過程中的演變，并通過詳細的步驟區(qū)分鋰化過程中皺紋結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的形成，據(jù)此提出了結(jié)構(gòu)與反應性之間的相關(guān)性，為進一步了解二硫化鉬鋰離子電池的界面機理提供依據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表在《NatureCommunications》期刊上。




二硫化鉬是具有類似石墨烯層狀結(jié)構(gòu)的常見過渡金屬二硫化物（TMD），中層間距約為0.65nm，層內(nèi)具有強共價鍵并且層之間的弱范德華力的層狀結(jié)構(gòu)可以為堿金屬離子提供傳輸通道。二硫化鉬可用作鋰-硫電池中鋰金屬陽極的預鋰化保護層，其半導體-金屬相變和嵌入結(jié)構(gòu)能夠給電池帶來不同的特性。然而，低電導率和嚴重的體積膨脹導致活性材料的粉碎和在充放電循環(huán)過程中不穩(wěn)定的SEI膜的累積，導致可逆容量、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能顯著降低。




SEI薄膜被認為是電池中較重要但較不易理解的現(xiàn)象。研究人員致力于探索SEI薄膜的生長機理和組成特征，通過采用在電解質(zhì)中加入添加劑、提高成膜性能的鋰鹽和人工合成SEI膜的方法，建立了穩(wěn)定的SEI膜，保證鋰離子的可逆輸運，防止電解質(zhì)的進一步分解，從而顯著提高了電池的動力性能。FEC作為石墨、硅和鋰金屬陽極的電解液添加劑，在**的鋰離子電池中得到了廣泛的應用。研究證明，F(xiàn)EC作為添加劑，可以誘導**薄致密膜的形成，從而有效地保護陽極。添加10wt%FEC有助于在二硫化鉬上形成穩(wěn)定的富氟化鋰（LiF）SEI薄膜，這可以有效提高二硫化鉬電池的性能10。然而，直接跟蹤二硫化鉬上SEI薄膜的成核和形成過程，以深入了解其界面功能和性能還沒有實現(xiàn)。目前對SEI薄膜形貌、化學和生長過程的研究大多集中在石墨硅和鋰金屬陽極上，但需要對MoS2電極進行進一步的探索，以獲得較詳細和較具預測性的理解。




電池性能與鋰化/脫硫化鋰電極反應動力學密切相關(guān)。研究人員合成了二硫化鉬納米復合材料，以改善電池的性能，并著重研究了合成微結(jié)構(gòu)與電化學性能的關(guān)系。對MoS2電極反應進行了實時在線表征。原位高分辨率透射電子顯微鏡（HR-TEM）已經(jīng)證明了在鋰化過程中從2HMoS2到1TLixMoS2的相變。




研究人員通過原位電化學原子力顯微鏡對含和不含F(xiàn)EC添加劑的**平面二硫化鉬陽極的界面過程進行了深入研究，該顯微鏡模擬了真實電池并可以精確地反映界面特性以深入理解基本機理。為了捕獲SEI膜的形成和鋰化/脫鋰的初始成核過程，采用化學氣相沉積方法制備了一種大面積**平面單層二硫化鉬。在含F(xiàn)EC的體系中原位定量地解釋了**薄FEC衍生SEI膜（初始厚度約為0.70.1nm，隨后增加到1.50.7nm）的整個成核和生長，揭示了FEC可以有效保護電極免受更多的副反應和體積膨脹。而鋰化/脫鋰后皺紋的出現(xiàn)，證明了二硫化鉬的內(nèi)在靈活性和二硫化鉬鋰電池的失效機理。這些結(jié)果不僅理解了由成膜添加劑衍生的**薄SEI的定量形成，還直接了解了二硫化鉬/電解液界面在充電/放電過程中的結(jié)構(gòu)演變和反應機理。較重要的是了解了**薄和高質(zhì)量SEI膜的動態(tài)生長以及二硫化鉬鋰電池的界面工程和前瞻性優(yōu)化。


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