鋰硫電池隔膜

 

 

典型的鋰硫電池一般采用單質(zhì)硫作為正極，金屬鋰片作為負極，它的反應(yīng)機理不同于鋰離子電池的離子脫嵌機理，而是電化學(xué)機理。

 

 

鋰硫電池以硫為正極反應(yīng)物質(zhì)，以鋰為負極。放電時負極反應(yīng)為鋰失去電子變?yōu)殇囯x子，正極反應(yīng)為硫與鋰離子及電子反應(yīng)生成硫化物，正極和負極反應(yīng)的電勢差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。在外加電壓作用下，鋰硫電池的正極和負極反應(yīng)逆向進行，即為充電過程。依據(jù)單位質(zhì)量的單質(zhì)硫完全變?yōu)镾2-所能提供的電量可得出硫的理論放電質(zhì)量比容量為1675mAh/g，同理可得出單質(zhì)鋰的理論放電質(zhì)量比容量為3860mAh/g。鋰硫電池的理論放電電壓為2.287V，當硫與鋰完全反應(yīng)生成硫化鋰(Li2S)時。相應(yīng)鋰硫電池的理論放電質(zhì)量比能量為2600Wh/kg。

 

 

近日，南京大學(xué)教授團隊報道了以HKUST-1納米粒子為裝配單元，以PVDF-HFP為粘結(jié)劑，設(shè)計制備了具有良好柔韌性的金屬有機骨架膜(MOF@PVDF-HFP)。所制備的MOF@PVDFHFP電池隔膜顯示出良好的柔韌性，并且可以被認為是有效地限制陰極側(cè)中的多硫化物中間體的良好物理屏障。同時，即使在超高電流密度(10mAcm-2)下，MOF@PVDF-HFP隔膜也可以實現(xiàn)穩(wěn)定的鋰沉積/剝離。在Li-S紐扣電池中引入MOF@PVDF-HFP隔膜后，實現(xiàn)了超長循環(huán)壽命，具有超低的容量衰減率。更緊要的是，由MOF@PVDF-HFP隔膜組裝的具有高硫負載量的柔性Li-S軟包電池在不同的彎曲形狀下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，進一步說明了MOF@PVDF-HFP膜在實際使用中的潛在可能性。

 

 

　　鋰離子電池隔膜

 

 

鋰離子電池隔膜的主要作用是使電池的正、負極分隔開來，戒備兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質(zhì)離子通過的功能。隔膜材質(zhì)是不導(dǎo)電的，其物理化學(xué)性質(zhì)對電池的性能有很大的影響。電池的種類不同，采用的隔膜也不同。對于鋰離子電池系列，由于電解液為有機溶劑體系，因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料，一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

 

 

主要的鋰離子電池隔膜材料產(chǎn)品有單層PP、單層PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP和三層PP/PE/PP等，其中前兩類產(chǎn)品主要用于3C小電池范疇，后幾類產(chǎn)品主要用于動力鋰離子電池范疇。在動力鋰離子電池用隔膜材料產(chǎn)品中，雙層PP/PP隔膜材料主要由中國企業(yè)加工，在中國大陸使用，這主要是因為目前階段還沒有中國企業(yè)能將PP與PE制成雙層復(fù)合膜的技術(shù)和能力。而全球汽車動力鋰離子電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料產(chǎn)品為主。