氧缺位结构介孔二氧化钛/聚乙烯复合隔膜在锂硫电池中的应用

吴 桐, 丛丽娜, 孙立群, 谢海明

(东北师范大学化学学院, 动力电池与地方联合工程实验室,吉林省锂离子电池材料科技创新中心, 长春 130024)

随着化石能源快速消耗所造成的环境污染日益严重, 人们对绿色清洁能源的需求日益增加, 同时也对储能技术提出了更高的要求[1,2]. 20世纪90年代, 人们开始将锂离子电池应用于电子产品和电动车驱动能源等领域[3]. 然而, 锂离子电池电极材料实际能量密度较低(200 W·h/kg), 难以满足日益增长的市场需要. 因此, 开发一种具有高能量密度的新型储能装置迫在眉睫[4]. 与锂离子电池相比, 锂硫(Li-S)电池因具有超高的理论能量密度(2600 W·h/kg), 且正极活性物质硫具有储量丰富、环境友好等特点而受到人们广泛关注. 尽管Li-S电池是目前最具发展潜力的高比能量二次电池体系, 但因存在如电池容量衰减快及库仑效率低等问题, 极大地限制了其商业化的进程. 产生这些问题的主要原因如下: (1) 单质硫以及放电产物(Li2S和Li2S2)的离子、电子导电性极差, 导致电池动力学过程迟滞; (2) 在充放电过程中, 活性物质硫存在严重的体积膨胀问题, 使正极材料粉化及剥离; (3) 多硫化物溶解在醚类电解液中导致的穿梭效应使正、负极表面附着不溶的绝缘产物[5,6].

针对上述问题人们提出了多种解决思路, 包括硫碳复合正极材料的构建[7～13]、金属锂负极的保护[14,15]、集流体的构筑[16～19]、电解质新体系的开发[20～22]及隔膜的修饰[23,24]等, 但限制Li-S电池发展的关键问题---穿梭效应仍未得到彻……