氧缺位結構介孔二氧化鈦/聚乙烯復合隔膜在鋰硫電池中的應用

吳 桐, 叢麗娜, 孫立群, 謝海明

(東北師范大學化學學院, 動力電池與地方聯(lián)合工程實驗室,吉林省鋰離子電池材料科技創(chuàng)新中心, 長春 130024)

隨著化石能源快速消耗所造成的環(huán)境污染日益嚴重, 人們對綠色清潔能源的需求日益增加, 同時也對儲能技術提出了更高的要求[1,2]. 20世紀90年代, 人們開始將鋰離子電池應用于電子產(chǎn)品和電動車驅(qū)動能源等領域[3]. 然而, 鋰離子電池電極材料實際能量密度較低(200 W·h/kg), 難以滿足日益增長的市場需要. 因此, 開發(fā)一種具有高能量密度的新型儲能裝置迫在眉睫[4]. 與鋰離子電池相比, 鋰硫(Li-S)電池因具有超高的理論能量密度(2600 W·h/kg), 且正極活性物質(zhì)硫具有儲量豐富、環(huán)境友好等特點而受到人們廣泛關注. 盡管Li-S電池是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ母弑饶芰慷坞姵伢w系, 但因存在如電池容量衰減快及庫侖效率低等問題, 極大地限制了其商業(yè)化的進程. 產(chǎn)生這些問題的主要原因如下: (1) 單質(zhì)硫以及放電產(chǎn)物(Li2S和Li2S2)的離子、電子導電性極差, 導致電池動力學過程遲滯; (2) 在充放電過程中, 活性物質(zhì)硫存在嚴重的體積膨脹問題, 使正極材料粉化及剝離; (3) 多硫化物溶解在醚類電解液中導致的穿梭效應使正、負極表面附著不溶的絕緣產(chǎn)物[5,6].

針對上述問題人們提出了多種解決思路, 包括硫碳復合正極材料的構建[7～13]、金屬鋰負極的保護[14,15]、集流體的構筑[16～19]、電解質(zhì)新體系的開發(fā)[20～22]及隔膜的修飾[23,24]等, 但限制Li-S電池發(fā)展的關鍵問題---穿梭效應仍未得到徹……