珠海欧美克仪器有限公司

宁波材料所在全固态锂电池无锂正极方面取得进展


来源:宁波材料技术与工程研究所

[导读]  中国科学院宁波材料技术与工程研究所所属新能源所研究员姚霞银团队与陈亮团队合作,通过第一性原理计算与实验相结合的方式,创新性地在FeS2中引入具有催化作用的过渡金属,达到了在不牺牲电池质量能量密度的前提下,提高FeS2在全固态锂电池中的反应动力学的目的。

中国粉体网讯  基于转化反应的黄铁矿型FeS2具有环境友好、价格低廉以及理论比容量高(890mAg-1)等优点。在锂电池中,FeS2在充放电过程中会发生如下反应:




  显然,在首次循环之后,Li-FeS2电池将变成Li-FeSy及Li-S电池。由于多硫化物的穿梭效应、活性物质在转化反应过程中的体积变化以及电绝缘性生成产物Li2S/S的较差反应动力学,导致FeS2在基于有机溶剂的液态电解液中表现出较差的电化学性能。为此,研究人员通过调整电解液的组分以降低多硫化物的穿梭效应,但多硫化物的穿梭效应只能在一定程度上得到缓解。采用固体电解质能完全避免多硫化物的穿梭,但在固态电池中活性物质的体积变化对电池性能的影响比液态电池更为显著。常用的解决手段是制备FeS2与导电材料的复合物,同时达到缓解循环过程中体积变化和提高反应动力学的效果。但导电材料不会对电池的容量有贡献,从而降低电池质量能量密度。


  针对以上问题,中国科学院宁波材料技术与工程研究所所属新能源所研究员姚霞银团队与陈亮团队合作,通过第一性原理计算与实验相结合的方式,创新性地在FeS2中引入具有催化作用的过渡金属,达到了在不牺牲电池质量能量密度的前提下,提高FeS2在全固态锂电池中的反应动力学的目的。通过对比不同过渡金属(Cu、Co和Ni)对FeS2形貌及电化学性能的影响,筛选出Co对FeS2性能具有最优化作用(图1)。并且所得到的Co0.1Fe0.9S2具有最小的颗粒尺寸,这有利于提高材料的比表面积,缓解循环过程中的体积变化以及减小电化学反应过程中Li+的传输路径。电化学测试结果表明,是电化学反应中的决速步骤,而Co的加入,对该反应有明显的促进作用,使基于FeS2的全固态电池在500mAg-1电流密度下循环100圈后,可逆容量从197.1mAhg-1提高到543.5mAhg-1,该提升效果明显优于过渡金属Cu和Ni。


  研究人员进一步通过密度泛函理论计算的方法确定了Co掺杂后决速步能垒从2.09eV降低至1.86eV。DOS结果也显示,由于d轨道填充作用,多一个d电子的Co使得费米能级附近态密度提高,从而提高了电化学活性(图2)。


  相关工作发表于ACS Nano, 2019, 13, 9551-9560,该工作得到国家重点研发计划(2018YFB0905400)、国家自然科学基金面上项目(51872303)、中科院青年创新促进会项目(2017342)等的资助。


 


图1 Co对FeS2催化作用示意图


 


图2 (a) Li1.25Co0.125Fe0.875S2的结构图,(b) Li1.25FeS2 和 Li1.25Co0.125Fe0.875S2的电子态密度图


(中国粉体网编辑整理/墨玉)

注:图片非商业用途,存在侵权告知删除!

推荐3
相关新闻:
网友评论:
0条评论/0人参与 网友评论

版权与免责声明:

① 凡本网注明"来源:中国粉体网"的所有作品,版权均属于中国粉体网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:中国粉体网"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源:xxx(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

  • 即时排行
  • 周排行
  • 月度排行
图片新闻