Analyse des In-Situ-Zellschwellungsanalysatormechanismus von Lithium-Schwefel-Batterien

Analyse des In-Situ-Zellschwellungsanalysatormechanismus von Lithium-Schwefel-Batterien

Autoreninformationen und Artikelzusammenfassungen

Im Jahr 2022 entwickelte Dr. Li Chuang vom Shenzhen Research Institute der Tsinghua-Universität eine Festkörperbatterie aus lithiumsulfidiertem Polyacrylnitril (Li-SPAN) mit einem Salz-in-Polymer-Elektrolyten. In dieser Struktur wird der Schwefel während des Zyklus im Polyacrylnitrilsubstrat immobilisiert, wodurch die Bildung von Li2S verhindert wird, wodurch eine schnellere Redoxkinetik und eine geringere Leistung erzielt werden können als bei herkömmlichen Festkörper-Lithium-Schwefel-Batteriesystemen mit Volumenänderung. Dieser Artikel ist der erste Bericht, der die Redoxkinetik von Festkörper-Li-SPAN-Batterien durch Änderung der Stärke der CS-Bindung anstelle der Verwendung von Katalysatoren verbessert und so neue Möglichkeiten für die Entwicklung leistungsfähigerer Festkörper-Li-Schwefel-Batterien eröffnet Zukunft.

PrüfenPUnd

1. Materialvorbereitung:1PVHF1FSI Festelektrolyt, feste SPAN-Positivelektrode.

2. Elektrochemischer Test:Die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten wurde mit EIS getestet, es wurden Li-SPAN-Knick- und Pouch-Zellen vom Typ 2032 hergestellt und das Volumen von SPAN und der negativen Lithiumelektrode wurde mit dem In-situ-Dickenschwellungsmessgerät MCS1000 (IEST) getestet.

3. Materialcharakterisierung:SEM, XPS, Raman, NMR.

Ergebnisanalyse

Abbildung 1. Leistungscharakterisierung der Festelektrolytmembran 1PVHF1FSI in Li-SPAN-Batterien

Die Autoren charakterisierten die Leistung der Festelektrolytmembran 1PVHF1FSI in Li-SPAN-Batterien unter verschiedenen Aspekten und stellten fest, dass sie über kontinuierliche poröse Kanäle verfügt, die einen guten Ionenleitungspfad bieten können, und dass ihre mechanischen Eigenschaften die Bildung von Lithiummetall besser hemmen können Dendriten. wachsen. Der Speichermechanismus von Lithiumionen in der Festkörper-Li-SPAN-Batterie mit 1PVHF1FSI als Matrix unterscheidet sich von dem in der flüssigen Li-SPAN-Batterie. Die nachfolgenden Autoren analysierten die Polarisationsspannung, CV-Kurve, Zyklenkapazität und Ratenleistung der drei Elektrodenmaterialien. Die Charakterisierung verdeutlicht außerdem, dass Festkörper-SPAN aufgrund der hohen Redoxkinetik und der geringen Volumenänderung eine bessere Zyklenstabilität und Geschwindigkeitsfähigkeit aufweist.

Abbildung 2. Analyse des Li-Speichermechanismus im Festkörper-SPAN

Die Autoren analysieren den Speichermechanismus von Lithiumionen im Festkörper-SPAN weiter durch In-situ-Raman und In-situSchwellungDickenprüfgeräte. Es wurde festgestellt, dass im Festkörper-SPAN die SS-Bindung aufgebrochen wird und eine Li₄S₂-PAN-Struktur entsteht, wenn Lithiumionen im Festkörper-SPAN gespeichert werden. Dieser Prozess ähnelt der Insertionsreaktion der Lithium-Interkalation, daher nennen die Autoren diesen Mechanismus Quasi-Interkalation. Reaktion.

Abbildung 3. Leistungscharakterisierung der Festkörper-SPAN-Taschenbatterie

Nach der Analyse des Reaktionsmechanismus stellten die Autoren Festkörper- und Flüssig-SPAN-Pouchbatterien zusammen, um deren Zyklenstabilität und Biegeleistung zu charakterisieren. Es wurde festgestellt, dass die Festkörper-SPAN-Batterie eine bessere Flexibilität aufweist, die Kapazitätserhaltungsrate mit der Knickleistung vergleichbar ist und auch die thermische Stabilität des Elektrolyten sehr gut ist. Gut, hält den Auswirkungen von Kurzschlüssen oder Nadelstichen stand. In praktischen Anwendungen können damit auch Smartphones aufgeladen werden.

Zusammenfassen

In dieser Arbeit wurde eine Festkörper-Li-SPAN-Batterie mit einem Salz-in-Polymer-Polymerelektrolyten entwickelt. In dieser Struktur wird S während des Zyklierens im PAN-Substrat immobilisiert, wodurch die Bildung von Li2S verhindert wird, wodurch es im Hinblick auf die Leistungsvielfalt eine schnellere Redoxkinetik und ein geringeres Volumen als herkömmliche Festkörper-Li-S-Batteriesysteme aufweist. Diese Arbeit liefert eine neue Idee zur Verbesserung der Schwefel-Redoxkinetik von Festkörper-Li-S-Batterien.

Empfohlene Testausrüstung

MCS-Serie Modellknickung vor Ort SwohligTestsystem