Saft團隊開發(fā)出第一款金屬氫化物-硫鋰離子電池

Saft團隊開發(fā)出第一款金屬氫化物-硫鋰離子電池

位于法國的電池主帥Saft與巴黎Est大學(xué)的同事們一起，在一個具有硫陰極和LiBH4電解質(zhì)的完整的固體電池中首次使用納米復(fù)合金屬氫化物作為陽極。

該電池單元在1.8V和1.4V時放電平臺顯示了910 mAhg-1的高可逆容量，在超過25個首次充電/放電循環(huán)后容量保持在初始值的85%。關(guān)于他們的開發(fā)的一篇論文發(fā)表在“電力學(xué)報”雜志上。

由于它們在工作電壓約為2.2V時的高的比能量，鋰-硫（Li-S)電池是下一代可再充電鋰電池最具吸引力的候選材料之一。對于Li-S電池的組裝，由于其高的理論容量（Li,3860 mAhg-1;S,1672 mAhg-1)，作為負極的金屬鋰通常與作為正極活性材料的硫配對，然而，由于電池的起火或爆炸，使用金屬鋰會產(chǎn)生嚴重的安全隱患，因此，考慮用高容量陽極替代，不失為一個有趣的方法。

近年來，由于鋰離子電池（LiBs)其理論Li儲存容量高，因此金屬氫化物（MH）已經(jīng)被提出來作為鋰離子電池的突破性的負極材料，而其合適的工作電位為0.1-1.0V，相對于Li+/Li.MgH2和TiH2分別表現(xiàn)出2038 mAhg-1和1074 mAhg-1的高的理論容量。平均電位分別為0.5和0.16V對Li+/Li。這些氫化物在具有LiBH4為固體電解質(zhì)（SE）及金屬鋰作為陽極的全固體（ASS）電池單元中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，然而，它們作為負極活性材料在完整的電池單元中實施尚未實現(xiàn)。

需要找到具有相似的理論容量和與電解質(zhì)相容性的合適的鋰基正極材料以使它們配對。在這種情況下，硫/硫化鋰(S/Li2S)氧化還原對似乎是理想的候選者。實際上其已經(jīng)被證明。在采用LiBH4作為固體電解質(zhì)（在50次循環(huán)之后～800 mAhg-1）的ASS電池中提供了優(yōu)異的相容性和性能。由于這個鼓舞人心的背景，我們決定在一個ASS電池中使用集成的S/Li2S對來評估MH陰極的性能。

——López-Aranguren等

該團隊使用一種氫化物基納米復(fù)合材料0.8MgH2-0.2TiH2作為陽極材料，LiBH4由于其在120℃時的10-3Scm-1的高的Li+導(dǎo)電率而作為固體電解質(zhì)。

該電池單元的氧化還原反應(yīng)可以寫為：

Li2S+MgH2/TiH2←→S+2LiH+Mg/Ti1.7/2.0V對Li=Li+

據(jù)我們所知，這是最好的第一個使用金屬氫化物作為陽極的高容量全固體電池，對該氧化還原系統(tǒng)，設(shè)想了在較低溫度下與高Li+導(dǎo)電率的其他固體電解質(zhì)如Lim(BH4)nX(X=CI.Br.I)的相容性。為了提高電池的整體性能，將對陰極和陽極復(fù)合材料作進一步的研究。

——López-Aranguren等

根據(jù)第607040號授權(quán)協(xié)議，通過Marie CurieITN ECOSTORE項目，該研究得到歐盟第七框架計劃的資助以用于研究技術(shù)開發(fā)和示范。

（信息來源：2017.5.5 Green Car Congress) 戴朝典 編譯