999精品在线视频,手机成人午夜在线视频,久久不卡国产精品无码,中日无码在线观看,成人av手机在线观看,日韩精品亚洲一区中文字幕,亚洲av无码人妻,四虎国产在线观看 ?

α-MoC1–x納米晶富集碳球修飾隔膜對鋰硫電池性能的影響

2020-06-07 07:19:28王佳寧靳俊溫兆銀
無機材料學報 2020年5期

王佳寧, 靳俊, 溫兆銀

-MoC1–x納米晶富集碳球修飾隔膜對鋰硫電池性能的影響

王佳寧1,2, 靳俊1, 溫兆銀1

(1. 中國科學院 上海硅酸鹽研究所, 中國科學院能量轉換材料重點實驗室, 上海 200050; 2. 中國科學院大學, 北京 100049)

采用自組裝及熱處理方法合成-MoC1–x納米晶富集的納米碳球(-MoC1–x/CNS), 并將其涂覆在商用聚丙烯隔膜上, 對隔膜實現了界面修飾。電化學性能顯示, 與普通的聚丙烯隔膜相比, 采用修飾的-MoC1–x/CNS-PP隔膜組裝的鋰硫電池的循環穩定性和倍率性能均得到明顯提升, 在0.5條件下, 電池首周放電比容量提升至1129.7 mAh/g, 經過100周充放電循環后, 電池仍具有855.5 mAh/g的放電比容量, 且在此循環過程中, 庫倫效率始終大于98%。在自放電測試中, 電池經過48 h靜置后的容量損失率僅為7.7%。結合-MoC1–x/CNS的微觀形貌及XPS分析可知, 在鋰硫電池充放電過程中,-MoC1–x/CNS修飾層有效地阻擋了多硫化鋰向負極側的擴散遷移, 且當-MoC1–x與多硫離子接觸時能產生Mo–S鍵、硫代和連多硫酸根產物, 進一步鞏固了活性物質被約束的程度, 從而使電池性能得到提升。

鋰硫電池; 穿梭效應; 碳化鉬; 硫正極

近年, 鋰離子二次電池的應用范圍不斷擴大, 尤其是在電動汽車領域發展迅速[1-3]。然而, 受制于理論能量密度, 傳統鋰離子電池已經難以滿足實際應用需求, 高能量密度、長循環壽命、低成本和高安全性等指標成為當前電化學儲能體系急需攻克的技術難關。

鋰硫二次電池是一種以活性物質硫為正極, 金屬鋰為負極, 醚類有機溶劑為電解液的新型可逆電池。當發生放電反應時, 每個硫原子上會有兩個電子進行轉移, 按照硫正極計算的鋰硫電池放電比容量和理論能量密度可達到1675 mAh/g和2600 Wh/kg[4], 并且硫資源儲藏量豐富、價格低廉、對環境友好, 因此近年來成為新型儲能電池領域的研究熱點。

盡管鋰硫電池優點突出, 但依然存在以下問題導致其商業化應用受到阻礙: (1)單質硫及其放電產物Li2S均是離子和電子的高度絕緣材料, 在制備正極粉體時需要添加大量導電劑以增強正極導電性, 造成鋰硫電池能量密度的降低[5-8]; (2)放電過程中正極側產生的中間相多硫化鋰極易溶解于電解液中發生“穿梭效應”, 造成金屬鋰負極的腐蝕、活性物質的損失和電池過充等問題[9]; (3)硫與硫化鋰的密度不同, 充放電時反復的轉化會產生嚴重的電極膨脹/收縮現象, 造成電極結構破壞[10-11]。以上這些問題最終會導致電池的活性物質利用率低, 造成電池循環穩定性差、容量衰減以及過充現象等,進而影響電池實際電化學性能[12]。

近年來, 研究人員嘗試在正極側添加功能性中間層結構, 旨在通過阻擋作用阻隔多硫化鋰向電解液中溶解擴散, 從而減小活性物質的損失, 減少“穿梭效應”對鋰硫電池性能的影響。Manthiram課題組[13-14]首次在正極和隔膜間引入碳紙層作為調控中間層, 電池性能得到了明顯改善。隨后, 金屬化合物型中間層和高分子型中間層也逐漸得到廣泛研究, 如: Graphene/TiO2修飾性中間層[15]、聚多巴胺中間層[16]、聚吡咯中間層[17]等。Ma等[18]還利用原位生長的方法在硫正極表面制備了聚吡咯層, 這層聚吡咯基中間層有效降低了電池極化, 平均庫倫效率由83.4%提高至94.2%, 有效抑制了穿梭效應。

針對鋰硫電池中的穿梭效應這一關鍵問題, 本工作以在隔膜正極側添加修飾性阻擋層為設計方案,制備了一種新型的-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜, 探索了該隔膜在鋰硫電池中對電池循環穩定性、倍率性能和自放電現象等的影響, 并借助XPS手段進一步研究了-MoC1–x與多硫化鋰之間的相互作用。

1 實驗方法

1.1 α-MoC1–x/CNS的制備

稱量0.5 g (NH4)6Mo7O24?4H2O溶解于140 mL去離子水中, 室溫條件下磁力攪拌10 min。將0.6 g鹽酸多巴胺溶解于上述溶液中, 持續攪拌40 min, 此時溶液呈現深橙紅色。隨后, 將300 mL乙醇緩慢加入到正在攪拌的溶液中, 溶液顏色逐漸變淺, 均勻攪拌30 min后, 再滴加0.8 mL 濃度為25wt%~ 28wt%的氨水, pH調整至8.5~9。溶液在此條件下攪拌4 h后進行離心處理, 經去離子水和乙醇清洗樣品后, 65 ℃烘干得到反應前驅物。

取適量前驅物平鋪在瓷舟內, 利用管式爐在Ar保護氣氛下, 升溫至850 ℃并保溫2 h, 升溫速率設置為5 ℃/min, 收集熱處理產物得到-MoC1–x納米晶富集碳球(-MoC1–x/CNS)。

1.2 α-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜的制備

將-MoC1–x/CNS與科琴黑(KB)按質量比3 : 7均勻混合, 所得混合粉體再與PVDF粘結劑按質量比9 : 1加入到-甲基吡咯烷酮(NMP)中, 球磨4 h后得到均勻漿料。利用自動涂布機將一定體積的漿料均勻涂覆在Celgard 2400(即PP電池隔膜)上, 調整刮刀厚度為60 μm。待所得-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜經60 ℃真空干燥12 h后, 裁剪成直徑為18 mm的圓片。經稱量, 隔膜上修飾材料的載量為0.25 mg/cm2。

1.3 C/S正極的制備

將質量比1:3的科琴黑–硫粉體混合均勻后, 采用傳統熔融法在155 ℃下熱處理12 h。隨后, 將上述混合粉末與導電炭黑(super P)、羥甲基纖維素鈉(CMC)、丁苯橡膠(SBR)按照質量比8 : 1 : 0.5 : 0.5分散在水溶劑中, 球磨6 h后得到C/S電極漿料。采用鋁箔為集流體進行電極涂覆, 紅外燈烘干電極表面溶劑后, 進一步在烘箱內60 ℃真空干燥12 h。將電極膜片裁剪為直徑12 mm的C/S正極片留作備用。所得正極的載硫量為1.5 mg/cm2。

1.4 材料測試及表征方法

通過掃描電子顯微鏡(SEM)及透射電子顯微鏡(TEM)分析所制備材料和隔膜的顯微結構及元素分布。采用X射線衍射(XRD)分析儀對樣品進行物相表征。采用熱重(TGA)分析儀測量-MoC1–x/CNS樣品中碳的質量比分數, 測試溫度區間為50~800 ℃, 升溫速率10 ℃/min。通過比表面積分析儀測得材料的比表面積和孔徑分布。采用X射線光電子能譜(XPS)分析材料內成鍵情況。用拉曼光譜分析儀(Thermo Fisher Scientific DXR)測得材料的Raman譜圖,用接觸角分析儀測得電解液對-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜的浸潤情況。

1.5 電池組裝及電化學測試方法

制備的C/S電極和金屬鋰片分別為鋰硫電池正負極,-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜或普通的商業聚丙烯(PP)隔膜Celgard 2400為電池隔膜組裝2320型紐扣電池, 使用的電解液為1 mol/L雙三氟甲基磺酸亞胺鋰(LiTFSI)和0.1 mol/L LiNO3的二氧戊烷/乙二醇二甲醚(DOL/DME,/=1/1)。電池組裝在氬氣氣氛手套箱中進行, 控制水、氧含量分別低于10–6。每個紐扣電池中的電解液體積為35 μL。

使用CT2001A(武漢LAND)充放電儀對電池進行充放電測試, 充放電電壓區間為1.8~2.8 V, 測試溫度為25 ℃。利用Autolab電化學工作站測試電池的電化學交流阻抗譜, 交流振幅為10 mV, 交流阻抗測試頻率為10–1~106Hz; 在Solartron1287儀器上測試樣品的循環伏安曲線, 掃描速率為0.2 mV/s, 電壓測試范圍為1.8~2.8 V。

2 結果與討論

2.1 形貌與結構

圖1是所合成的-MoC1–x/CNS及其前驅體的顯微形貌。從圖1(a, d)中可知,-MoC1–x/CNS前驅體具有納米或亞微米球形結構, 直徑約為500 nm, 球體表面覆蓋了堆疊的片狀結構。經高溫熱處理后, 圖1(b~c, e)證明前驅體的球體結構保留完好, 但尺寸略有減小, 這是聚多巴胺的碳化熱解所導致的。對-MoC1–x/CNS進行元素面掃描(圖1(f)), 結果說明該材料中含有Mo、C、O元素, 且三種元素分布均勻。TEM照片(圖1(g))表明最終得到的-MoC1–x/CNS呈實心球體結構, 從高倍率TEM照片(圖1(h~i))可知, 球體表面的片層中含有大量尺寸小于5 nm的納米晶。

圖1 (a, d)α-MoC1–x/CNS前驅體和(b~c, e)α-MoC1–x/CNS的SEM照片; (f)α-MoC1–x/CNS的Mo、C、O元素分布圖和(g~i)TEM照片

圖2(a)是-MoC1–x/CNS及其前驅體的XRD圖譜。與標準PDF卡片對比, 位于37.7°、42.2°、62.7°和75.2°處的衍射峰分別對應于-MoC1–x的(111)、(200)、(220)和(311)晶面(JCPDS: 01-0892868), 該結果說明觀察到的球體表面片層中的納米晶為-MoC1–x; 除此之外, 在2=25°處的非晶包表明最終產物含有非晶態碳成分。如圖2(b)所示, 對Mo3d3/2和Mo3d5/2的高倍率XPS圖譜進行擬合分析發現, Mo3d由Mo6+、Mo4+和Mo3+三種氧化態組成, 其中的Mo4+和Mo3+是來自-MoC1–x[19], 而Mo6+是來自-MoC1–x表面的MoO3[20-21], 這一結果也與-MoC1–x/CNS材料的EDS結果相吻合。圖2(c)中O1s的高倍率XPS圖譜表明-MoC1–x/CNS材料中含有C–O–C和Mo–O形式的含氧官能團。

如圖2(d)所示, 根據氮氣吸附–脫附等溫曲線計算得出-MoC1–x/CNS復合材料的比表面積高達167.9 m2/g, 孔徑分布在20~40 nm, 結合圖1的SEM及TEM表征結果可知, 對于實心球體結構的-MoC1–x/CNS, 高比表面積主要來源于球體表面片狀結構的堆疊。進一步對該材料進行Raman測試(圖2(e)), 位于1350和1576 cm–1處的峰位分別對應還原氧化石墨的D帶和G帶的特征峰, 該結果說明制備的-MoC1–x/CNS材料中含有一定量的碳, 這與-MoC1–x/CNS的XRD圖譜所得結論一致。在空氣條件下對-MoC1–x/CNS樣品進行熱重測試, 從圖2(f)可以得出-MoC1–x/CNS的含碳量大約為42.3%, 證明制備的前驅體經熱處理后的產物是-MoC1–x納米晶與碳共同組成的復合材料, 且-MoC1–x包含于碳骨架中。

圖2 (a)α-MoC1–x/CNS及其前驅體的XRD圖譜; α-MoC1–x/CNS的(b)Mo 3d和(c)O 1s XPS圖譜, (d)氮氣吸附–脫附等溫曲線(插圖為孔徑分布圖), (e)Raman光譜和(f)在空氣中的熱重分析圖

利用漿料涂覆法將-MoC1–x/CNS-KB材料均勻修飾在商用Celgard 2400上, 烘干后得到圖3(a)中所示的復合隔膜。未修飾的Celgard 2400的SEM照片(圖3(b))顯示, 隔膜表面分布有大量孔洞。用于鋰硫電池中時, 正極側產生的多硫化鋰會從這些孔洞中透過并到達負極與金屬鋰結合發生腐蝕反應。采用-MoC1–x/CNS-KB修飾層涂覆在隔膜單側后, 隔膜表面的孔結構被覆蓋, 從C、O、Mo各元素分布結果(圖3(g~i))可知, 制備的涂覆層各組分均勻, 厚度約為21.05 μm。圖3(e)中的插圖顯示了-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜經過折疊后, 涂層依然牢固地覆蓋在隔膜表面, 未發生脫落, 說明所制備的隔膜具有較強的柔韌性。

為了比較未經修飾的普通Celgard隔膜和修飾后的-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜對電解液的浸潤程度, 分別測試了電解液對兩種隔膜的接觸角, 如圖3(c, f)所示。普通Celgard 2400隔膜對電解液的接觸角約為22.1°, 而經改進修飾后的-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜在滴加電解液后幾乎能與電解液完全浸潤, 此現象說明添加的-MoC1–x/CNS涂覆層有助于提高電解液對隔膜的穿越滲透能力, 在充放電過程中, 可以加快鋰硫電池中鋰離子的傳輸速度。

2.2 電化學性能測試

圖4(a~b)分別為電池使用Clegard 2400隔膜和改進的-MoC1–x/CNS-PP隔膜時的循環伏安曲線(CV)。由圖可知, 兩種電池的循環伏安曲線均顯示出兩個氧化峰和兩個還原峰, 分別對應電池的充電過程和放電過程。從峰的位置可以判斷, PP隔膜上修飾-MoC1–x/CNS-PP材料后并不會影響鋰硫電池的充放電電壓平臺, 另外, 采用-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜的鋰硫電池氧化還原峰的面積遠大于組裝采用PP隔膜的電池的峰面積, 這表明在普通隔膜表面修飾-MoC1–x/CNS層會提高電池對活性物質的利用率, 進而增大電池的放電比容量。從圖4(c)中可以看出, 由于-MoC1–x/CNS修飾層覆蓋了隔膜表面的微孔, 且修飾層的導電性得到改善,從而使電池在各電流密度下的比容量均有提升。當電流密度為0.2、0.5、1、2、5時(1=1675 mAh/g), 電池的放電比容量分別達到1153.2、844.4、754.7、693.2和588.5 mAh/g, 并且, 此時電池的庫倫效率與空白樣品相比表現出明顯的提升, 這說明修飾層所產生的對多硫化鋰的約束能夠有效改善電池的倍率性能及穿梭效應。

圖3 (a)α-MoC1–x/CNS-PP的表面及背面兩側的照片; Celgard 2400的(b)表面SEM照片, (c)電解液接觸角測試; α-MoC1–x/CNS-PP的(d)截面和(e)表面SEM照片(插圖為α-MoC1–x/CNS-PP折疊后的照片), (f)電解液接觸角測試; (g~i)圖(e)所對應的C、O、Mo元素分布圖

圖5為搭配-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜的鋰硫電池在循環前后的阻抗圖譜。電池循環前的阻抗圖譜只存在一個半圓, 對應電池內部的電荷傳輸阻抗, 約為40 Ω。當經過30周循環后, 在電池保持充電態時測試其阻抗。從圖中可以看出, 循環后的電池阻抗譜包括兩個半圓, 低頻區的半圓對應電池界面阻抗, 高頻區的半圓對應電池傳輸阻抗。由圖5(a~b)對比可得, 經過循環后, 由于電池內活性物質重新分布使得電池傳輸阻抗大幅度降低, 并且隨著氧化還原反應的進行, 復合隔膜表面由于吸附了多硫化鋰以及負極側產生了相應的固體電解質界面(SEI)膜使得電池內形成了相應界面, 增加了電池的界面阻抗。圖6所示為采用普通PP隔膜(Celgard 2400)和-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜的電池循環穩定性測試結果。在0.5條件下, 采用PP隔膜的電池經過100周循環后比容量大幅衰減, 從首周1094 mAh/g的放電比容量衰減至332.4 mAh/g, 庫倫效率低于95%, 并呈逐漸下降趨勢。這說明普通隔膜對阻擋多硫化鋰向鋰負極遷移的能力有限, 隨著正極側累積的多硫離子濃度不斷增加, 鋰硫電池內部的“穿梭現象”也趨于明顯, 最終造成電池放電比容量低, 循環穩定性差, 庫倫效率低等現象。而在采用-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜的鋰硫電池中, 電池的首周放電比容量明顯提升至1129.7 mAh/g, 說明-MoC1–x/CNS修飾層的導電性較好, 經過100周充放電循環后, 電池仍具有855.5 mAh/g的放電比容量。在此循環過程中, 電池容量在前幾周衰減后逐漸保持穩定, 庫倫效率也始終大于98%, 說明修飾-MoC1–x/CNS材料的PP隔膜能有效阻擋電化學過程中多硫化鋰的“穿梭現象”, 使得在正極側電解液中溶解的多硫化鋰能繼續得到有效利用。當提高電流密度至1時, 未修飾的PP隔膜和-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜電池的初始放電比容量分別是876.8和919.1 mAh/g, 但在200周充放電后, 采用普通PP隔膜的電池只剩下290 mAh/g的電池容量, 而-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜電池的放電比容量卻能達到573.4 mAh/g, 表明所制備的-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜在大電流密度下依然能夠保持較優越的循環穩定性。

隨后測試了采用普通PP隔膜和修飾后的-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜的電池自放電性能, 如圖7所示。設置電池在經歷20次充放電循環后放電至2.1 V,此時電池內部正極側的多硫化鋰濃度最高, 在此條件下靜置48 h后進行正常充放電操作。從圖7(a)中的電池第20周放電曲線可以看出, 采用-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜的電池的放電電壓平臺在靜置時發生小幅度下降, 說明電池內部有自放電反應發生, 造成放電曲線下降, 但該曲線下降幅度小, 總體來看電壓平臺依然相對較平穩。對比使用普通PP隔膜的鋰硫電池, 由于單層聚丙烯隔膜表面有大量的微孔結構, 對多硫離子沒有絲毫阻擋吸附作用, 所以在濃度梯度的牽引下, 多硫化鋰會向鋰負極遷移擴散進而產生內部微短路現象, 導致電池在靜置時的電壓不斷降低。另外, 采用-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜的電池在第19周的放電比容量為1003.1 mAh/g, 經過48 h靜置后, 電池在第20周放電比容量為925.7 mAh/g, 損失的放電比容量?D=77.4 mAh/g, 計算得損失率為7.7%, 此時電池的庫倫效率為91.45%; 而采用未修飾PP隔膜的鋰硫電池在第19周放電比容量為800.2 mAh/g, 但第20周容量已衰減至549.9 mAh/g, 損失的放電比容量?D=205.3 mAh/g, 此時損失率高達31.27%, 且庫倫效率只有72.8%。這一對比說明當采用普通PP隔膜搭配傳統硫碳正極時, 鋰硫電池內部自放電現象非常明顯, 而采用所制備的-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜后, 鋰硫電池自放電現象得到了有效抑制,-MoC1–x/CNS修飾層充分發揮了對多硫離子的約束作用, 有效減緩了多硫化鋰向負極側擴散, 進而使電化學性能得到顯著提高。

圖5 采用α-MoC1–x/CNS-PP的鋰硫電池在(a)循環前和(b)循環30周后的阻抗圖譜

圖6 采用(a, c)Celgard 2400和(b, d)α-MoC1–x/CNS-PP的鋰硫電池在(a~b)0.5C和(c~d)1C電流密度下的循環性能

圖7 采用Celgard 2400和α-MoC1–x/CNS-PP的電池的自放電測試

(a) Discharge-charge profiles within 120 h; (b) Corresponding cycling performance

2.3 機理研究

取一定質量的-MoC1–x/CNS材料與Li2S6溶液混合, 將-MoC1–x/CNS接觸Li2S6溶液前后的樣品進行XPS測試, 如圖8所示。因為配置Li2S6溶液中存在DOL、DME、LiTFSI等物質, 因此接觸Li2S6溶液后的樣品增加了F1s等特征峰位, 但O1s、N1s、C1s、Mo3d的特征峰位依然保持不變。分析Mo3d的峰位可知,-MoC1–x/CNS材料接觸Li2S6溶液后,-MoC1–x/CNS-Li2S6中依然存在Mo6+和M4+, 但位于228.6 eV處產生了新的Mo–S鍵的特征峰, 與該結果類似的現象也曾被Zhou等[22]報道, 說明所制備的-MoC1–x/CNS材料在與Li2S6溶液接觸后會產生相應的化學鍵合作用。進一步擬合分析S 2p的X射線光電子能譜, 發現當-MoC1–x/CNS與Li2S6溶液接觸時不僅會產生Mo–S鍵, 還會產生硫代和連多硫酸根產物[23], 這樣的轉換作用使多硫離子能夠穩定地束縛在-MoC1–x/CNS表面, 進而使穿梭作用得到有效控制。

3 結論

利用自組裝及熱處理方法制備了-MoC1–x納米晶富集的納米碳球材料(-MoC1–x/CNS), 將其應用于商用電池隔膜的界面修飾。經電化學性能測試, 在0.5電流密度下, 采用-MoC1–x/CNS-PP復合隔膜的鋰硫電池在100周充放電循環后, 電池的放電比容量為855.5 mAh/g; 當提高電流密度至1時,經過200周循環后的電池放電比容量依然可達到573.4 mAh/g, 且與普通未修飾的聚丙烯隔膜相比, 采用-MoC1–x/CNS-PP隔膜的鋰硫電池的倍率性能和自放電現象均得到明顯改善, 自放電測試中, 經過48 h靜置后的電池容量損失率僅為7.7%。機理分析表明,-MoC1–x/CNS修飾層具有物理阻擋層的作用, 使正極側的多硫化鋰無法自由遷移至負極, 從而減少了由穿梭效應所帶來的活性物質損失。并且, 當-MoC1–x/CNS與多硫化鋰接觸后會產生Mo?S的鍵合作用以及硫代和連多硫酸根產物, 進而將多硫離子約束至正極, 并對多硫化鋰的穿梭效應起到更有效的抑制作用。

圖8 (a)α-MoC1–x/CNS與α-MoC1–x/CNS-Li2S6的XPS圖譜; α-MoC1–x/CNS-Li2S6的(b)Mo3d和(c)S2p XPS圖譜

[1] BERG E J, VILLEVIEILLE C, STREICH D,Rechargeable batteries: grasping for the limits of chemistry., 2015, 162(14): A2468–A2475.

[2] MANTHIRAM A, FU Y Z, CHUNG S H,Rechargeable lithium- sulfur batteries., 2014, 114(23): 11751–11787.

[3] AO X, WU W X, WU T,Operating temperature on cathode material and electrochemical performance of Na-NiCl2batteries., 2017, 32(12): 1243–1249.

[4] YIN Y X, XIN S, GUO Y G,Lithium-sulfur batteries: electrochemistry, materials, and prospects., 2013, 52(50): 13186–13200.

[5] WANG Y H, JIN J, GUO Z S,Direct view for the deformation evolution of sulfur electrode during Li-S battery cycling., 2017, 32(3): 247–251.

[6] HASSOUN J, SCROSATI B. A high-performance polymer tin sulfurlithium ion battery., 2010, 49(13): 2371–2374.

[7] LIN Z, LIU Z C, DUDNEY N J,Lithium superionic sulfide cathode for all-solid lithium-sulfur batteries., 2013, 7(3): 2829–2833.

[8] KIM J W, OCON J D, PARK D W,Functionalized graphene- based cathode for highly reversible lithium-sulfur batteries., 2014, 7(5): 1265–1273.

[9] DIAO Y, XIE K, HONG X B,Analysis of the sulfur cathode capacity fading mechanism and review of the latest development for Li-S battery., 2013, 71(4): 508–518.

[10] MIKHAYLIK Y V, AKRIDGE J R. Polysulfide shuttle study in the Li/S battery system., 2004, 151(11): A1969–A1976.

[11] JI X L, NAZAR L F. Advances in Li-S batteries., 2010, 20(44): 9821–9826.

[12] XU G Y, DING B, PAN J,High performance lithium-sulfur batteries: advances and challenges., 2014, 2(32): 12662–12676.

[13] SU Y S, MANTHIRAM A. Lithium-sulphur batteries with a microporous carbon paper as a bifunctional interlayer., 2012, 3: 1166.

[14] ZU C X, SU Y S, FU Y Z,Improved lithium-sulfur cells with a treated carbon paper interlayer., 2013, 15(7): 2291–2297.

[15] XIAO Z B, YANG Z, WANG L,A lightweight TiO2/graphene interlayer, applied as a highly effective polysulfide absorbent for fast, long-life lithium-sulfur batteries., 2015, 27(18): 2891–2898.

[16] ZHOU W D, XIAO X C, CAI M,Polydopamine-coated, nitrogen- doped, hollow carbon sulfur double-layered core-shell structure for improving lithium sulfur batteries., 2014, 14(9): 5250–5256.

[17] FU Y Z, MANTHIRAM A. Orthorhombic bipyramidal sulfur coated with polypyrrole nanolayers as a cathode material for lithium- sulfur batteries., 2012, 116(16): 8910–8915.

[18] MA G Q, WEN Z Y, JIN J,Enhanced cycle performance of Li-S battery with a polypyrrole functional interlayer., 2014, 267: 542–546.

[19] XING Y, YANG Y, CHEN R J,Strongly coupled carbon nanosheets/molybdenum carbide nanocluster hollow nanospheres for high-performance aprotic Li-O2battery., 2018, 14(19): 1704366.

[20] WANG C L, SUN L S, ZHANG F F,Formation of Mo-polydopamine hollow spheres and their conversions to MoO2/C and Mo2C/C for efficient electrochemical energy storage and catalyst., 2017, 13(32): 1701246.

[21] ZHANG S P, WANG G, JIN J,Self-catalyzed decomposition of discharge products on the oxygen vacancy sites of MoO3nanosheets for low-overpotential Li-O2batteries., 2017, 36: 186–196.

[22] ZHOU F, LI Z, LUO X,Low cost metal carbide nanocrystals as binding and electrocatalytic sites for high performance Li-S batteries., 2018, 18(2): 1035–1043.

[23] NI L B, ZHAO G J, YANG G,Dual core-shell-structured S@C@MnO2nanocomposite for highly stable lithium-sulfur batteries., 2017, 9(40): 34793–34803.

Application of Separators Modified by Carbon Nanospheres Enriched with-MoC1–xNanocrystalline in Lithium Sulfur Batteries

WANG Jianing1,2, JIN Jun1, WEN Zhaoyin1

(1. CAS Key Laboratory of Material for Energy Conversion, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Carbon nanospheres enriched with-MoC1–xnanocrystalline (-MoC1–x/CNS) were synthesized by self-assembly and applied as a mediator for the surface of commercial polypropylene (PP) separator. Compared with pristin PP separator, the cycling stability and rate performance of the lithium-sulfur batteries with the modified-MoC1–x/CNS-PP separator are significantly improved and the battery with-MoC1–x/CNS-PP separator exhibits an initial discharge capacity of 1129.7 mAh/g at 0.5and retains 855.5 mAh/g after 100 cycles with above 98% Coulombic efficiency. Remarkably, the capacity loss rate is only 7.7% after 48 h static storage. Combined with the morphology and XPS analysis of-MoC1–x/CNS, it is found that the designed-MoC1–x/CNS-PP separator prevents the migration of lithium polysulfide to the anode during the process of charge and discharge in lithium sulfur batteries. Formations of Mo–S bonds, thiosulfate and polythionate are attributed to the contact between lithium polysulfide and-MoC1–x/CNS, which further restrains active material in cathode region and improves the performance of lithium- sulfur batteries consequently.

lithium sulfur battery; shuttle effect; molybdenum carbide; sulfur cathode

O646

A

1000-324X(2020)05-0532-09

10.15541/jim20190237

2019-05-20;

2019-06-04

國家自然科學基金重點項目(51402330, 51472261, 51372262)

National Natural Science Foundation of China (51402330, 51472261, 51372262)

王佳寧(1991–), 女, 博士研究生. E-mail: wangjn@shanghaitech.edu.cn

WANG Jianing(1991–), female, PhD candidate. E-mail: wangjn@shanghaitech.edu.cn

溫兆銀, 研究員. E-mail: zywen@mail.sic.ac.cn

WEN Zhaoyin, professor. E-mail: zywen@mail.sic.ac.cn

主站蜘蛛池模板: 野花国产精品入口| 国产特级毛片| 99视频有精品视频免费观看| 幺女国产一级毛片| 欧美高清国产| 国产第一色| 国产在线麻豆波多野结衣| 国产福利影院在线观看| 亚洲手机在线| 欧美不卡视频一区发布| 国产精品漂亮美女在线观看| 在线观看国产黄色| 亚洲无线观看| 99久久国产综合精品女同| 老熟妇喷水一区二区三区| 国产精品丝袜在线| 伊人激情久久综合中文字幕| 亚洲av日韩综合一区尤物| 性网站在线观看| 成年女人a毛片免费视频| 国产精品久久自在自线观看| 欧美翘臀一区二区三区| 中文字幕欧美成人免费| 亚洲精品久综合蜜| 久久人与动人物A级毛片| 青草91视频免费观看| 日韩毛片免费视频| 日韩少妇激情一区二区| 丁香婷婷久久| 亚洲swag精品自拍一区| 无套av在线| 国内老司机精品视频在线播出| 一级毛片免费的| 白浆免费视频国产精品视频| 久久午夜夜伦鲁鲁片不卡| 国产一区二区精品福利| 91在线播放免费不卡无毒| 999精品视频在线| 黄色网站不卡无码| 亚洲乱伦视频| 五月婷婷伊人网| 欧美一级专区免费大片| 美女免费精品高清毛片在线视| 欧美成一级| 亚洲精品福利视频| 九色91在线视频| 视频二区欧美| 久久96热在精品国产高清| 久久成人国产精品免费软件| 午夜啪啪福利| 欧美色伊人| 谁有在线观看日韩亚洲最新视频| 亚洲欧美日韩视频一区| 97人人做人人爽香蕉精品| 亚洲区第一页| 女同国产精品一区二区| 日本高清免费一本在线观看| 女人爽到高潮免费视频大全| 欧洲极品无码一区二区三区| 国产成年无码AⅤ片在线| 日韩精品无码免费专网站| 精品久久国产综合精麻豆| 国产精品免费p区| 亚洲欧美精品日韩欧美| 日韩在线永久免费播放| 欧美日韩亚洲综合在线观看| 免费人成又黄又爽的视频网站| 国产好痛疼轻点好爽的视频| 欧美一级高清视频在线播放| 国产无码高清视频不卡| 97视频精品全国在线观看| 最新国产高清在线| 青青热久免费精品视频6| 国产福利小视频在线播放观看| 男女男免费视频网站国产| 欧美精品xx| 99精品视频九九精品| 久久性视频| 无码免费视频| 欧美国产日韩在线| 国产精品va| 久久久久国产精品嫩草影院|