Mo2C/PE隔膜对锂硫电池性能的影响

doi:10.7503/cjcu20230223

摘要/Abstract

摘要：

为了提升对锂金属负极的保护作用, 抑制多硫化物的穿梭效应, 选择成本低且地球丰富度高的钼基材料合成球壳结构的碳化钼(Mo₂C), 并制备了碳化钼修饰的聚乙烯隔膜(Mo₂C/PE), 分析了Mo₂C/PE隔膜对锂硫电池性能的影响. 结果表明, Mo₂C良好的亲锂性可以诱导Li⁺均匀沉积, 抑制锂枝晶生长. Mo₂C/PE隔膜具有较大的比表面积和孔隙率, 碳化钼可以促进多硫化物在其附近的碳球内沉积成硫化锂, 增加的形核位点和沉积空间对充放电过程中引起的体积变化有一定的改善效果. 制备的Li-Li对称电池在较高的电流密度下, 与不使用PE隔膜的电池相比, 使用Mo₂C/PE隔膜电池的极化电压起伏更小, 可以稳定循环. 装有Mo₂C/PE隔膜的锂硫电池在0.2C的倍率下, 放电比容量为1235.3 mA·h/g, 经过500次循环后, 放电容量可以维持在652.4 mA·h/g.

关键词: 碳化钼, 碳化钼/聚乙烯隔膜, 锂硫电池, 锂负极, 电化学性能

Abstract:

In order to enhance the protective effect of lithium metal negative electrodes and suppress the shuttle effect of polysulfides， the molybdenum based materials with low-cost and high Earth abundance were selected to synthesize molybdenum carbide（Mo₂C） with spherical shell structure， and the molybdenum carbide modified polyethylene separators（Mo₂C/PE） was prepared. The influence of Mo₂C/PE separators on the performance of lithium sulfur batteries was analyzed. The results indicate that the good lithium affinity of Mo₂C can induce uniform deposition of Li⁺ and inhibit the growth of lithium dendrites. The Mo₂C/PE separator has a large specific surface area and porosity， which has a certain improvement effect on the volume changes caused by the charging and discharging process. Compared to the battery without PE separator， Li-Li symmetric battery using Mo₂C/PE separator has smaller polarization voltage fluctuations and can stably cycle at higher current density. Lithium sulfur batteries equipped with Mo₂C/PE separators have a specific discharge capacity of 1235.3 mA·h/g at a rate of 0.2C， and after 500 cycles， the discharge capacity can be maintained at 652.4 mA·h/g.

Key words: Mo₂C, Mo₂C/PE separator, Lithium sulfur battery, Lithium negative electrode, Electrochemical performance

中图分类号:

O646

TrendMD:

王前, 魏祎, 贾洪声. Mo₂C/PE隔膜对锂硫电池性能的影响. 高等学校化学学报, 2023, 44(11): 20230223.

WANG Qian, WEI Yi, JIA Hongsheng. Effect of Mo₂C/PE Separator on the Performance of Lithium Sulfur Batteries. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(11): 20230223.

图/表 9

Fig.1 SEM images with different magnifications(A—C) and EDS mapping results of C(D), Mo(E) of Mo2C

Fig.2 XRD pattern of Mo2C material

Fig.3 N2 adsorption/desorption isotherms of Mo2C/PE and PE separators(A), pore size distribution of Mo2C/PE(B)

Fig.4 EIS diagrams(A) and ion conductivity column diagrams(B) of stainless steel battery assembled with Mo2C/PE and PE separators, respectively

Fig.5 Charge and discharge curves of Li⁃Li symmetric batteries at different current densities using PE separator(A) and Mo2C/PE separator(B)

Fig.6 XPS spectra of Li1s (A) and S2p (B) of Mo2C/PE separator

Fig.7 Cyclic voltammetry(CV) curves of Li⁃S battery with PE and Mo2C/PE separators at 0.1 mV/s in 1 mol/L LiTFSI+0.2 mol/L LiNO3/DOL/DME(A), CV curves of the first four cycles of Li⁃S batteries using Mo2C/PE separator(B), EIS curves of Li⁃S batteries using PE and Mo2C/PE separators(C)

Fig.8 Charge/discharge curves of Li⁃S batteries with Mo2C/PE separators at different rates(A), charge and discharge curves of Li⁃S batteries using Mo2C/PE separators at 1, 10, 20, 50, and 100 cycles(B), capacity diagrams of Li⁃S batteries with two types of separators for 10 cycles at different rates(C), long cycle performance diagrams of Li⁃S batteries with two types of separators(D)

Fig.9 UV⁃Vis spectra of Li2S6 solution with PE and Mo2C/PE separators

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Mo₂C/PE隔膜对锂硫电池性能的影响

Effect of Mo₂C/PE Separator on the Performance of Lithium Sulfur Batteries

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