全固体リチウム硫黄電池の酸化還元反応速度を高めるセミインターカレーション反応

全固体リチウム硫黄電池の酸化還元反応速度を高めるセミインターカレーション反応

著者情報と記事の要約

2022年、清華深セン研究所の李荘博士は、塩でコーティングされたポリマー電解質を備えた固体リチウム硫化ポリアクリロニトリル（李-スパン）電池を開発した。

この構造では、サイクル中に硫黄がポリアクリロニトリル基板に固定され、Li2S の形成が防止されるため、その性能は従来の全固体リチウム硫黄電池システムよりも速い酸化還元反応速度と小さな体積変化を示します。

この記事は、触媒を使用する代わりにCS結合の強度を変えることによって固体Li-SPAN電池の酸化還元反応速度を改善する最初のレポートであり、これにより、より高性能の固体リチウム硫黄電池の設計に新たな機会が開かれます。将来。

実験プロトコル

1.材料の準備:1PVHF1FSI固体電解質、固体SPAN正極。

2. 電気化学試験:電解質のイオン伝導度はEISによって試験され、2032型Li-SPANボタン電池とソフトパック電池セルが準備され、SPANおよびリチウム負極の体積膨張はその場厚さ膨張測定を使用して試験されました。デバイス MCS1000 (IEST)。

3. 材料の特性評価:SEM、XPS、ラマン、NMR。

結果分析

図 1. 李-スパン 電池の固体電解質膜 1PVHF1FSI の性能特性評価

著者は、李-スパン 電池の固体電解質膜 1PVHF1FSI の性能をさまざまな面で特徴付けており、良好なイオン伝導経路を提供できる連続多孔質チャネルを備えており、その良好な機械的特性によりイオンの成長を抑制できることがわかりました。リチウム金属デンドライト。

1PVHF1FSI ベースの固体 李-スパン 電池におけるリチウムイオンの貯蔵メカニズムは、液体 李-スパン 電池とは異なります。その後の著者らは、3 つの電極材料の分極電圧、履歴書 曲線、サイクル容量、およびレート性能を特徴付けました。さらに、固体 スパン は酸化還元反応速度が高く、体積変化が少ないため、サイクル安定性と速度特性が優れていることが明らかになりました。

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図 2. 固体 スパン における 李 の貯蔵メカニズムの解析

著者はさらに、その場ラマンおよびその場膨潤厚さ試験装置を使用して、固体SPANにおけるリチウムイオンの貯蔵メカニズムを分析しました。&注意;固体SPANでは、固体SPANに保存されたときにLiイオンがSS結合を切断してLi4S2-PAN構造が形成されることがわかりました。このプロセスはリチウムインターカレーション反応に似ているため、著者らはこのメカニズムを準インターカレーションと呼んでいます。反応。

図 3. スパン パウチ型固体電池の性能特性評価

反応メカニズムを分析した後、著者は固体および液体のSPANソフトパック電池を組み立てて、そのサイクル安定性と曲げ性能を特徴付けました。固体SPAN電池は優れた柔軟性を持ち、容量維持率は電池と同等であることがわかりました。バックル性能、電解液の熱安定性も非常に優れており、短絡や針刺しの影響に耐えることができます。実際の用途では、スマートフォンの充電も可能です。

要約する

この記事では、塩をカプセル化した高分子量ポリマー電解質を備えた全固体 李-スパン 電池の開発について説明します。この構造では、サイクリング中に S が パン 基板に固定化され、これにより、Li2S の形成が防止され、従来の全固体 李-S 電池システムと比較して酸化還元反応速度が速くなり、性能面での体積変化が少なくなります。この研究は、固体 李-S の硫黄酸化還元反応速度を改善するための新しいアプローチを提供します。電池。