關(guān)于聚合物電解質(zhì)固態(tài)鋰硫電池的發(fā)展前景，你了解嗎？

在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，各種各樣的高科技出現(xiàn)在我們的生活中，為我們的生活帶來(lái)便利，那么你知道這些高科技可能會(huì)含有的固態(tài)鋰硫電池嗎?固態(tài)鋰硫電池中通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)，有望同時(shí)解決多硫化物溶解和穿梭、鋰枝晶生長(zhǎng)、鋰硫電池安全性差等重要科學(xué)和技術(shù)難題。然而固態(tài)電解質(zhì)存在室溫電導(dǎo)率低、電解質(zhì)/電極界面相容性差等缺點(diǎn)，阻礙了固態(tài)鋰硫電池商業(yè)化發(fā)展。

自成立以來(lái)，鋰離子電池(LIB)迅速取得了巨大的商業(yè)成功，并在便攜式二次中小型電池領(lǐng)域占據(jù)了絕對(duì)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。這是由于它們的高放電電壓，高能量密度和功率密度。具有高，體積小，重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)。在過(guò)去的20年中，盡管鋰離子電池的比能量和比容量有所提高，并且電子產(chǎn)品的尺寸和重量逐漸小型化，但它們?nèi)圆荒軡M足快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。因此，鋰離子電池的發(fā)展遇到了瓶頸。

未來(lái)，電動(dòng)汽車用鋰離子電池的能量密度必須至少達(dá)到500Wh / kg，但是當(dāng)前大型實(shí)用鋰離子電池的能量密度遠(yuǎn)未達(dá)到該目標(biāo)。顯著提高能量密度的有效方法是用鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碳基負(fù)極材料。金屬鋰具有低密度(0.59g / cm3)，高理論比容量(3860mAh / g)和低標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(-3.04Vvs.H + / H2)等優(yōu)點(diǎn)，因此是理想的能源負(fù)極材料貯存。

電解質(zhì)是鋰硫電池的核心成分。然而，基于液體電解質(zhì)的鋰硫電池仍存在許多科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，包括：①鋰硫電池具有較高的比能和較高的工作電流密度，而液體電解質(zhì)具有熱穩(wěn)定性。性能和化學(xué)穩(wěn)定性差，易分解，影響速率和循環(huán)性能; ②多硫化物嚴(yán)重溶解并混入液體電解質(zhì)中，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失和鋰陽(yáng)極界面損壞，降低了電池容量和庫(kù)侖效率; ③液體電解質(zhì)容易泄漏，燃燒甚至爆炸。

但是，多硫化物易于溶解在液體電解質(zhì)(LE)中，通過(guò)膜孔擴(kuò)散到負(fù)極，并在鋰金屬表面上還原為L(zhǎng)i2S2和Li2S，導(dǎo)致活性材料損失和界面破壞。目前，解決多硫化物的穿梭效應(yīng)的兩種最常用的方法[8]包括：①通過(guò)多孔碳材料與硫的結(jié)合，提高多硫化物的吸附和密閉使用; ②在隔膜和硫電極之間構(gòu)筑阻擋層，阻止多硫化物向負(fù)電極擴(kuò)散。盡管上述方法可以有效地改善鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性，但仍不能完全抑制多硫化物的穿梭作用，而上述組分的引入顯著降低了系統(tǒng)中的硫含量，從而降低了能源消耗。電池的密度嚴(yán)重受影響。

近年來(lái)，用于鋰硫電池的全固態(tài)電解質(zhì)的研究逐漸擴(kuò)大，例如基于聚環(huán)氧乙烷(PEO)的聚合物電解質(zhì)，玻璃陶瓷電解質(zhì)(Li2S-P2S5)和快速離子導(dǎo)體(LISICON)。然而，所有固態(tài)鋰硫電池仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，即低離子電導(dǎo)率(10-6?10-8S / cm)和高電極/電解質(zhì)界面阻抗。近年來(lái)，使用固體聚合物電解質(zhì)(SPE)解決鋰硫電池中多硫化合物的穿梭效應(yīng)引起了人們的極大關(guān)注。固體聚合物電解質(zhì)具有良好的機(jī)械性能和成膜性能等一系列優(yōu)點(diǎn)，并且易于與鋰金屬形成穩(wěn)定的界面。

另外，具有足夠高模量的聚合物可以防止鋰樹枝狀晶體的形成。固體聚合物電解質(zhì)的聚合物基體主要包括聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PEO。在這些聚合物中，PVDF-HFP中的氟很容易被硫和多硫化物取代，從而形成硫醇和硫化的不飽和聚合物。因此，許多研究人員開始研究更穩(wěn)定的聚合物，例如PEO和聚乙二醇(PEG)。然而，固體聚合物電解質(zhì)在鋰硫電池中的應(yīng)用也受到其低離子電導(dǎo)率(10?7?10?8S / cm)的限制。

對(duì)高能量密度電池的迫切需求以及對(duì)電池安全性問(wèn)題的關(guān)注使其成為使用固體電解質(zhì)代替鋰硫電池中傳統(tǒng)液體電解質(zhì)的必然發(fā)展趨勢(shì)。理想的鋰硫電池固體電解質(zhì)應(yīng)滿足：①良好的機(jī)械性能; ②具有與液體電解質(zhì)相當(dāng)?shù)匿囯x子傳導(dǎo)率; ③與電極接觸具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和界面相容性; ④抑制多硫化物離子穿梭等綜合性能，超高安全性。

以上就是固態(tài)鋰硫電池的一些值得大家學(xué)習(xí)的詳細(xì)資料解析，希望在大家剛接觸的過(guò)程中，能夠給大家一定的幫助，如果有問(wèn)題，也可以和小編一起探討。