Mo2C/PE隔膜對(duì)鋰硫電池性能的影響

王前， 魏祎， 賈洪聲

Mo2C/PE隔膜對(duì)鋰硫電池性能的影響

王前1，2?， 魏祎2， 賈洪聲2

（1. 通化師范學(xué)院, 通化 134002； 2. 吉林師范大學(xué)功能材料物理與化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四平 136000）

為了提升對(duì)鋰金屬負(fù)極的保護(hù)作用, 抑制多硫化物的穿梭效應(yīng), 選擇成本低且地球豐富度高的鉬基材料合成球殼結(jié)構(gòu)的碳化鉬(Mo2C), 并制備了碳化鉬修飾的聚乙烯隔膜(Mo2C/PE), 分析了Mo2C/PE隔膜對(duì)鋰硫電池性能的影響. 結(jié)果表明, Mo2C良好的親鋰性可以誘導(dǎo)Li+均勻沉積, 抑制鋰枝晶生長(zhǎng). Mo2C/PE隔膜具有較大的比表面積和孔隙率, 碳化鉬可以促進(jìn)多硫化物在其附近的碳球內(nèi)沉積成硫化鋰, 增加的形核位點(diǎn)和沉積空間對(duì)充放電過程中引起的體積變化有一定的改善效果. 制備的Li-Li對(duì)稱電池在較高的電流密度下, 與不使用PE隔膜的電池相比, 使用Mo2C/PE隔膜電池的極化電壓起伏更小, 可以穩(wěn)定循環(huán). 裝有Mo2C/PE隔膜的鋰硫電池在0.2C的倍率下, 放電比容量為1235.3 mA·h/g, 經(jīng)過500次循環(huán)后, 放電容量可以維持在652.4 mA·h/g.

碳化鉬； 碳化鉬/聚乙烯隔膜； 鋰硫電池； 鋰負(fù)極； 電化學(xué)性能

在新一代的儲(chǔ)能系統(tǒng)中， 鋰硫電池（LSBs）有較高的理論比容量（1675 mA·h/g）和能量密度（2600 W·h·kg?1）， 并且以地殼較豐富的元素硫作為正極， 具有原料成本低廉、 無毒害及易回收再利用等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)， 使其成為儲(chǔ)能領(lǐng)域未來很有前景的一類電池［1～7］. 但鋰硫電池存在的單質(zhì)硫及放電產(chǎn)物的電阻率低、 多硫化物的穿梭效應(yīng)及電池循環(huán)過程中的體積變化等問題［8，9］， 造成低的硫利用率、 快速的容量衰減和較差的庫侖效率， 限制了其發(fā)展［10］.

為了解決鋰硫電池技術(shù)發(fā)展中的瓶頸， 完善鋰硫電池的性能， 研究多集中于從鋰硫電池正極材料［11］、 功能性隔膜［12，13］和電解液［14］等方面尋求解決途徑［10］. 其中， 構(gòu)建功能性隔膜是相關(guān)研究的熱點(diǎn)之一， 可以加強(qiáng)對(duì)鋰負(fù)極的保護(hù)， 改善鋰硫電池的性能. 如葛世偉等［15］選用具有高比表面積的多孔炭材料（PC）修飾聚丙烯隔膜作為中間層， 可促進(jìn)活性物質(zhì)的利用， 通過中間層的物理阻擋和PC對(duì)多硫化物的吸附作用抑制鋰硫電池的穿梭效應(yīng). 王妍潔等［16］將金屬有機(jī)框架材料（MOF）衍生碳（Ni， Co）/C用于鋰硫電池隔膜改性， 很好地解決了多硫化物的穿梭效應(yīng)和轉(zhuǎn)化緩慢等問題， 鈷鎳雙金屬的協(xié)同作用分別實(shí)現(xiàn)了大量又快速的化學(xué)固硫和抑硫的可逆性， 顯著提高了LSBs的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能. 宋鵬豪等［17］采用碳納米管與硫進(jìn)行負(fù)載作為正極， 金屬鋰作為負(fù)極， MoS2/FeCo-NC@PP作為復(fù)合隔膜組裝成鋰硫電池， 在0.1C的放電倍率下能提供了1539 mA·h/g的首次放電比容量， 接近其理論比容量（1675 mA·h/g）， 且電池的倍率性能得到了明顯改善. 韓付超等［1］將CoSe2/C在較低面載量下， 應(yīng)用于隔膜修飾并組裝成的鋰硫電池， 其展示出優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能. Zhang等［18］將一種鈷-鉬雙金屬碳化物（Co3Mo3C）催化材料用于修飾鋰硫電池隔膜， 強(qiáng)化多硫化鋰的化學(xué)吸附和催化轉(zhuǎn)化， 所組裝的電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能. 陳銘蘇等［19］基于第一性原理計(jì)算探究了Co， P共摻雜MoS2表面上多硫化物的吸附和轉(zhuǎn)化， 發(fā)現(xiàn)Co和P共摻雜共同增強(qiáng)了MoS2的催化活性，有效抑制了穿梭效應(yīng)， 提升了電池的電化學(xué)性能. 以上研究表明， 功能性隔膜是改善鋰硫電池性能的有效途徑［20，21］.

本文選擇廉價(jià)易得的鉬基材料制備碳化鉬（Mo2C）修飾聚乙烯隔膜（Mo2C/PE）， 采用X射線衍射儀和電子顯微鏡對(duì)Mo2C材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征， 通過充放電性能測(cè)試和表面形貌表征等方式對(duì)涂覆修飾層后的Mo2C/PE隔膜對(duì)鋰金屬負(fù)極的穩(wěn)定性， 以及對(duì)鋰硫電池性能的影響進(jìn)行了研究， 進(jìn)一步探討了Mo2C/PE隔膜對(duì)硫鋰電池性能的影響機(jī)制， 可為研發(fā)高容量鋰硫電池提供借鑒和參考.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1　試劑與儀器

鉬酸銨（純度99%）、 檸檬酸（純度99%）、 葡萄糖（純度99%）、-甲基吡咯烷酮（NMP， 純度99.9%）、 雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiTFSI， 純度99%）和硝酸鋰（LiNO3， 純度99%）， 上海Aladdin公司； 導(dǎo)電炭黑和多孔碳（350G）， 瑞士Timcal公司； 聚偏氟乙烯（PVDF， Solvey 5130）， 比利時(shí)Solvay公司； 聚乙烯隔膜（PE， Celgard 2400）， 美國(guó)Celgard公司； 升華硫粉（純度99.5%）， 天津Alfa Aesar公司； 鋰片（電池級(jí)16 mm）， 天津中能鋰業(yè)有限公司； 1，3-二氧環(huán)戊烷（DOL， 純度99%）和乙二醇二甲醚（DME， 純度99.5%）， 美國(guó)Sigma-Aldrich公司.

MSK-706扣式電池切片機(jī)， 深圳科晶智達(dá)科技有限公司； B290噴霧干燥機(jī)， 瑞士BUCHI公司； D/MAX-2500PC型X射線衍射儀（XRD）， 日本Rigaku公司； Scios 2型雙束電子顯微鏡（SEM）， 美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司； BELSORP-max型全自動(dòng)氣體吸附儀（BET）， 日本MicrotracBEL公司； UV-2700t型紫外-可見光光度儀（UV-Vis）， 蘇州島津儀器有限公司； JC2000CD型接觸角測(cè)試儀， 北京商德通科技有限公司； CT-ZWJ-4'S-010型電池檢測(cè)系統(tǒng)， 新威新能源技術(shù)有限公司； 1470E型多通道電化學(xué)工作站， 德國(guó)Solartron公司.

1.2　實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1樣品制備Mo2C材料的制備. 將1.2 g鉬酸銨、 0.5 g導(dǎo)電炭黑Super P、 0.2 g檸檬酸和0.4 g葡萄糖放入球磨罐中， 加入40 mL去離子水， 利用球磨機(jī)以400 r/min的轉(zhuǎn)速球磨4 h， 將球磨后的漿料進(jìn)行噴霧干燥， 進(jìn)料口溫度為180 ℃， 出料口溫度為100 ℃， 速率為10 mL/min. 將噴霧干燥得到的前驅(qū)體粉末放入管式爐中在氬氣氣氛下于400 ℃煅燒4 h， 之后于950 ℃煅燒4 h， 即制得Mo2C粉末.

Mo2C隔膜的制備. 將0.9 g Mo2C、 2.7 g多孔碳（350G）和0.3 g PVDF加入到研缽中， 研磨20 min使樣品混合均勻. 加入20 mL NMP， 繼續(xù)在研缽中研磨20 min， 制備Mo2C涂層漿料. 用刮刀將研磨好的碳化鉬漿料均勻涂覆于PE隔膜之上， 負(fù)載量在0.15～0.2 mg/cm2. 將涂覆成功的Mo2C/PE隔膜放在鼓風(fēng)干燥箱中， 于50 ℃的溫度下進(jìn)行完全干燥， 獲得Mo2C/PE隔膜. 將干燥好的Mo2C/PE隔膜裁剪成直徑為16 mm的圓片并放在溫度為50 ℃的真空干燥箱中備用.

C-S正極片的制備. 將質(zhì)量比8∶2的多孔碳（350G）和升華硫粉（S）放入反應(yīng)釜中， 再轉(zhuǎn)移到50 ℃的真空干燥箱中干燥12 h后， 將反應(yīng)釜轉(zhuǎn)移到氬氣環(huán)境的手套箱中封裝， 然后將反應(yīng)釜放入150 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中繼續(xù)加熱20 h， 通過熔融擴(kuò)散法將硫鑄入多孔碳內(nèi). 得到正極需要的C-S復(fù)合物. 將所得的C-S復(fù)合物、 導(dǎo)電炭黑（Super P）和黏結(jié)劑（PVDF）按照質(zhì)量比8∶1∶1混合， 放在球磨罐中注入20 mL的NMP有機(jī)溶劑， 并放入球磨機(jī)以400 r/min的轉(zhuǎn)速將樣品混合均勻， 將混合后的漿料涂敷在涂碳鋁箔表面（載硫量約為1.0 mg/cm2）， 放入50 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中， 直至完全干燥后裁剪成13 mm的圓片， 并將極片面放在溫度為50 ℃的真空干燥箱中備用.

1.2.2樣品表征利用XRD［銅靶輻射（=0.154 nm）， 工作電壓40 kV， 工作電流200 mA， 狹縫寬度為10 nm， 掃描速率5°/min， 掃描范圍10°～80°］對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征. 利用SEM對(duì)鋰硫電池的鋰金屬負(fù)極及隔膜的表面形貌和元素分布進(jìn)行觀察. 利用BET對(duì)隔膜的比表面積與孔徑分布進(jìn)行測(cè)試和分析， 對(duì)隔膜進(jìn)行氮?dú)馕?脫附測(cè)試. 使用紫外-可見光光度儀， 在200～800 nm的可見光區(qū)域測(cè)試不同隔膜對(duì)多硫化物的吸附能力. 使用接觸角測(cè)試儀測(cè)量電解液對(duì)不同隔膜的接觸角， 測(cè)試其對(duì)電解液的浸潤(rùn)性差異. 使用電池檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)組裝的電池進(jìn)行充放電性能測(cè)試； 所有電池的測(cè)試在室溫下進(jìn)行， 電壓范圍是為1.6～2.8 V， 電流密度保持不變， 對(duì)待測(cè)電池進(jìn)行循環(huán)性能的測(cè)試， 分別設(shè)置0.2C， 0.5C， 1.0C和2.0C的倍率進(jìn)行充放電測(cè)試. 使用通道電化學(xué)工作站（掃描區(qū)間為1.6～2.8 V， 掃描速率為 0.1 mV/s）對(duì)樣品進(jìn)行分析， 通過循環(huán)伏安法（Cyclic voltammetry， CV）測(cè)試， 分析電極材料的反應(yīng)電勢(shì)及電極過程動(dòng)力學(xué). 使用通道電化學(xué)工作站對(duì)不同的電池樣品進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜（Electrochemical impedance spectroscopy， EIS）測(cè)試（0.01～106Hz）.

2 結(jié)果與討論

2.1　Mo2C材料的結(jié)構(gòu)表征

Fig.1　SEM images with different magnifications(A—C) and EDS mapping results of C(D), Mo(E) of Mo2C

由圖1（A）和（B）可見， 合成的Mo2C為球殼結(jié)構(gòu)， 并且分布均勻， 保證了材料對(duì)多硫化物的吸附能力. 由圖1（B）還可見， 合成Mo2C材料的球殼半徑大概為4 μm； 由圖1（C）可見， Mo2C粒子均勻分布在球殼表面. 通過Mo2C材料的能量色散譜（EDS）元素映射可見， Mo和C元素在整個(gè)復(fù)合材料中均勻分布［圖1（D）和（E）］， 并且超高的C含量（占比90.4%）保證Mo2C材料的良好導(dǎo)電性.

Fig.2　XRD pattern of Mo2C material

圖2為Mo2C的XRD譜圖， 在2=34°， 37°， 39°， 52°， 62°， 69°， 74°和76°處均存在典型的衍射峰， 分別對(duì)應(yīng)于Mo2C的（100）， （002）， （101）， （102）， （110）， （103）， （200）和（112）晶面， 說明所合成的Mo2C純度較高， 與標(biāo)準(zhǔn)卡片（PDF#35-0787）基本吻合.

2.2　Mo2C/PE隔膜與常規(guī)PE隔膜的性能

圖3（A）和（B）分別為Mo2C隔膜的N2吸附-脫附等溫曲線與孔徑分布圖. 由于球殼結(jié)構(gòu)的作用， Mo2C/PE隔膜擁有更大的比表面積， 并且出現(xiàn)了大量的小于10 nm的孔， 有利于電解液的浸潤(rùn)， 以及更大程度地抑制多硫化物的擴(kuò)散， 同時(shí)也保證了隔膜的良好導(dǎo)通性. 使用Mo2C/PE隔膜與常規(guī)PE隔膜分別組裝了不銹鋼對(duì)稱電池， 對(duì)兩種電池進(jìn)行了EIS測(cè)試［圖4（A）和（B）］. 計(jì)算可得， Mo2C/PE和PE隔膜的離子電導(dǎo)率分別為1.8×10?3和1.1×10?3S/cm， Mo2C/PE隔膜的離子電導(dǎo)率顯著提高， 說明Mo2C的高電子性發(fā)揮了作用.

Fig.3　N2 adsorption/desorption isotherms of Mo2C/PE and PE separators(A), pore size distribution of Mo2C/PE(B)

Fig.4　EIS diagrams(A) and ion conductivity column diagrams(B) of stainless steel battery assembled with Mo2C/PE and PE separators, respectively

使用接觸角分析儀， 通過將非水液體滴到膜表面來評(píng)估潤(rùn)濕性， 結(jié)果顯示， PE隔膜的接觸角為104°， 而Mo2C/PE隔膜的接觸角為59°， 表明Mo2C/PE隔膜的潤(rùn)濕性明顯優(yōu)于PE隔膜. Mo2C/PE隔膜可以有效地保留電解質(zhì)， 從而提高隔膜與電極之間的界面相容性. 對(duì)修飾隔膜的機(jī)械性能進(jìn)行了研究， 結(jié)果表明， Mo2C/PE隔膜在彎曲的狀態(tài)下未發(fā)生明顯的龜裂和涂層脫落的現(xiàn)象， 表明制備的Mo2C/PE隔膜具有靈活性、 可彎曲性且涂層黏結(jié)性優(yōu)異等特性（圖S1， 見本文支持信息）.

2.3　Mo2C/PE隔膜對(duì)鋰負(fù)極電化學(xué)性能的影響

為了探究Mo2C/PE隔膜的引入對(duì)鋰負(fù)極電化學(xué)性能的影響， 將Mo2C/PE隔膜組裝進(jìn)Li-Li對(duì)稱電池中并測(cè)試其性能. 圖5（A）和（B）分別顯示了使用PE和Mo2C/PE隔膜的電池在0.6， 1.0和2.0 mA/cm2電流密度下， 容量為1.0 mA·h/cm2的充放電曲線. 從圖5（A）可見， 隨著測(cè)試過程中電流密度的升高， 由于較大的電池內(nèi)阻， 裝有PE隔膜的Li-Li對(duì)稱電池的充放電極化電壓變化較大， 總體上充放電曲線起伏較大. 與此相反， 裝有Mo2C/PE隔膜的Li-Li對(duì)稱電池， 當(dāng)電流密度發(fā)生變化時(shí)， Li+沉積/脫沉積曲線極化電壓增加不明顯， 充放電曲線依然平滑［圖5（B）］. 說明因?yàn)镸o2C粒子與鋰金屬具有較好的親和力， Mo2C涂層的加入促進(jìn)了鋰離子均勻沉積.

Fig.5　Charge and discharge curves of Li?Li symmetric batteries at different current densities using PE separator(A) and Mo2C/PE separator(B)

Mo2C/PE隔膜經(jīng)過100次循環(huán)后的XPS譜圖如圖6所示. 由圖6（A）可見， Li1s的XPS譜可以擬合成兩個(gè)峰， 除了Li2S6的Li—S鍵在55.3 eV處的峰外， 位于56.1 eV處的峰歸屬為L(zhǎng)i—O鍵［22］， 表明多硫化物和Mo2C之間存在化學(xué)相互作用， 這與密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果一致［23］. 圖6（B）為S2pXPS譜， 164 eV以下的兩個(gè)峰對(duì)應(yīng)于吸附的Li2S6的末端S（162.4 eV）和橋接S（163.8 eV）. 在164～172 eV之間的4個(gè)峰分別歸屬為硫代硫酸鹽（164.8～167.4 eV）和連多硫酸鹽（169.3～170.8 eV）， 它們來自表面氧化還原反應(yīng)， 進(jìn)一步支持了多硫化物的吸附. 生成的硫代硫酸鹽和聚硫酸鹽配合物可以作為中介， 加速鏈反應(yīng)形成表面結(jié)合的聚硫酸鹽配合物， 從而為多硫化物遷移提供有利的界面.

Fig.6　XPS spectra of Li1s(A) and S2p(B) of Mo2C/PE separator

2.4　Mo2C/PE隔膜對(duì)鋰硫電池性能的影響

將兩種隔膜分別組裝成鋰硫電池， 并進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試（隔膜片的涂層表面朝向正極， DOL/DME電解質(zhì)是測(cè)試的一部分）. 圖7（A）為使用不同隔膜的鋰硫電池的CV曲線. 裝有Mo2C/PE隔膜的電池在正極掃描期間顯示兩個(gè)典型的還原峰， 分別約為2.31和2.02 V， 裝有PE隔膜的電池的還原峰約為2.35和2.06 V， 分別對(duì)應(yīng)于S8環(huán)轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)鏈多硫化鋰（Li2S， 4<<8）和短鏈多硫化鋰（Li2S，=1， 2）， 在負(fù)極掃描時(shí)通過多步氧化為2.35 V的合并峰. 而采用Mo2C/PE隔膜的電池具有不同的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、 較高的極化率和較低的電流強(qiáng)度. 這種差異可以合理地歸因于電導(dǎo)率、 電極潤(rùn)濕性的差異. 圖7（B）顯示了裝有Mo2C/PE隔膜的電池前4次放電/充電循環(huán)中的循環(huán)伏安曲線. 還原峰和氧化峰的完全重疊， 以及這些峰的銳度表明了電化學(xué)反應(yīng)的高可逆性和快速的動(dòng)力學(xué)， 同時(shí)證明了裝有Mo2C/PE隔膜的電池具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性. 圖7（C）為兩組電池在初始狀態(tài)下的EIS譜， 使用Mo2C/PE隔膜的電池阻抗較小， 意味著Mo2C的加入增加了Li+的傳輸速率.

Fig.7　Cyclic voltammetry(CV) curves of Li?S battery with PE and Mo2C/PE separators at 0.1 mV/s in 1 mol/L LiTFSI+0.2 mol/L LiNO3/DOL/DME(A), CV curves of the first four cycles of Li?S batteries using Mo2C/PE separator(B), EIS curves of Li?S batteries using PE and Mo2C/PE separators(C)

圖8（A）顯示了在0.2C， 0.5C， 1.0C和2.0C倍率時(shí)裝有Mo2C/PE隔膜的鋰硫電池的充放電曲線， 可見， 放電比容量分別為1235.3， 946， 676和595 mA·h/g. 當(dāng)倍率增加時(shí)， 電池的放電平臺(tái)逐漸減小， 充電平臺(tái)的電壓逐漸變大. 在倍率為0.2C時(shí)， 電池的第1、 第5、 第10、 第20、 第50和第100次循環(huán)的充放電電壓基本不變［圖8（B）］， 說明長(zhǎng)周期相對(duì)穩(wěn)定. 圖8（C）顯示了在0.2C～2.0C的不同倍率下通過恒流充放電測(cè)量具有不同隔膜的電池的倍率性能. 所得的Mo2C/PE隔膜應(yīng)用在電池中具有較好的倍率性能. 在0.2C， 0.5C， 1.0C和2.0C的倍率下Mo2C/PE隔膜的放電容量分別為1235.3， 1022.8， 788.5和637.3 mA·h/g. 值得注意的是， 當(dāng)倍率從正常循環(huán)的2.0C變?yōu)?.2C時(shí)， 恢復(fù)了598 mA·h/g的高可逆容量， 表明Mo2C/PE隔膜的電池具有良好的倍率能力和保留能力. 在長(zhǎng)循環(huán)實(shí)驗(yàn)中， 裝有Mo2C/PE隔膜的電池循環(huán)500次后仍然保持652.4 mA·h/g的容量［圖8（D）］， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于裝有PE隔膜的電池（198 mA·h/g）. 長(zhǎng)循環(huán)的良好容量保持是Li-S電池實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵.

Fig.8　Charge/discharge curves of Li?S batteries with Mo2C/PE separators at different rates(A), charge and discharge curves of Li?S batteries using Mo2C/PE separators at 1, 10, 20, 50, and 100 cycles(B), capacity diagrams of Li?S batteries with two types of separators for 10 cycles at different rates(C), long cycle performance diagrams of Li?S batteries with two types of separators(D)

觀察不同隔膜浸入含多硫化鋰電解質(zhì)中時(shí)的顏色變化. 在DOL/DME溶劑中， 一個(gè)0.5 mmol/L的長(zhǎng)鏈多硫化鋰（總體化學(xué)計(jì)量比與Li2S6相匹配）模擬了多硫化鋰在電解質(zhì)中的溶解. 深黃色對(duì)應(yīng)于DOL/DME溶劑中高含量的多硫化鋰. 對(duì)于PE隔膜， 即使在12 h后， 電解質(zhì)的顏色仍保持相對(duì)較暗， 說明多硫化鋰在溶液中非常穩(wěn)定. 而Mo2C/PE隔膜在電解質(zhì)中可以觀察到明顯的顏色變化. 它們?cè)?2 h內(nèi)顏色明顯變淺， 并在24 h內(nèi)完全清除（圖S2， 見本文支持信息）. 圖9是不同隔膜對(duì)電池吸收多硫化鋰的紫外-可見吸收光譜， 初始光譜在287和426 nm處有強(qiáng)烈的吸收峰， 這可以歸因于Li2S6的特征. 峰值強(qiáng)度表示溶液中Li2S6的相對(duì)濃度， 當(dāng)Mo2C/PE隔膜在含多硫化物鋰的電解質(zhì)中浸泡1 h， 在這兩個(gè)波長(zhǎng)下的濃度顯著降低. Li2S6特性的強(qiáng)度在整個(gè)測(cè)試期間持續(xù)下降， 說明Mo2C/PE隔膜可以顯著提高Li2S6的捕獲能力. 電解質(zhì)的紫外吸收在322和 617 nm處明顯持續(xù)下降， 可歸因于S42?和S3?的作用， 這意味著Mo2C/PE隔膜可以捕獲各種類型的多硫化鋰［24］.

Fig.9　UV?Vis spectra of Li2S6 solution with PE and Mo2C/PE separators

3 結(jié) 論

利用合成的球殼結(jié)構(gòu)的Mo2C材料制備一種新型修飾隔膜， 該修飾隔膜在PE隔膜的基礎(chǔ)上， 由制備的高比表面積且具有吸附多硫化物性質(zhì)的Mo2C制成， 并在PE隔膜上形成導(dǎo)電層. 結(jié)果表明， Mo2C本身的良好親鋰性可以誘導(dǎo)Li+的均勻沉積， 從而抑制鋰枝晶生長(zhǎng). Mo2C/PE隔膜因其具有較大的比表面積和孔隙率， 對(duì)充放電過程中引起的體積變化具有一定的改善效果. 在Li-Li對(duì)稱電池中， 使用Mo2C/PE隔膜比單獨(dú)使用PE隔膜的電池極化電壓更小、 起伏更小且可以穩(wěn)定循環(huán). 裝有Mo2C/PE改性隔膜的Li-S電池在0.2C的倍率下， 放電比容量為1235.3 mA·h/g， 經(jīng)過500次循環(huán)后， 放電容量可以維持在652.4 mA·h/g. 研究結(jié)果表明， Mo2C/PE隔膜對(duì)鋰硫電池性能具有良好的改善作用.

支持信息見http: //www.cjcu.jlu.edu.cn/CN/10.7503/cjcu20230223.

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Effect of Mo2C/PE Separator on the Performance of Lithium Sulfur Batteries

WANGQian1，2?， WEIYi2， JIAHongsheng2*

（，134002，；，，，136000，）

In order to enhance the protective effect of lithium metal negative electrodes and suppress the shuttle effect of polysulfides， the molybdenum based materials with low-cost and high Earth abundance were selected to synthesize molybdenum carbide（Mo2C） with spherical shell structure， and the molybdenum carbide modified polyethylene separators（Mo2C/PE） was prepared. The influence of Mo2C/PE separators on the performance of lithium sulfur batteries was analyzed. The results indicate that the good lithium affinity of Mo2C can induce uniform deposition of Li+and inhibit the growth of lithium dendrites. The Mo2C/PE separator has a large specific surface area and porosity， which has a certain improvement effect on the volume changes caused by the charging and discharging process. Compared to the battery without PE separator， Li-Li symmetric battery using Mo2C/PE separator has smaller polarization voltage fluctuations and can stably cycle at higher current density. Lithium sulfur batteries equipped with Mo2C/PE separators have a specific discharge capacity of 1235.3 mA·h/g at a rate of 0.2C， and after 500 cycles， the discharge capacity can be maintained at 652.4 mA·h/g.

Mo2C； Mo2C/PE separator； Lithium sulfur battery； Lithium negative electrode； Electrochemical performance

2023-05-05

賈洪聲, 男, 博士, 教授, 主要從事能源電池材料研究. E-mail: iop84041@163.com

吉林省自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào): 20200201236JC)和吉林省發(fā)展和改革委員會(huì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào): 2022C040-6)資助.

O646

A

10.7503/cjcu20230223

2023-08-09.

? 目前在《通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)》編輯部工作.

the Natural Science Foundation of Jilin Province, China(No.20200201236JC) and the Industrial Technology Research and Development Foundation of Jilin Provincial Development and Reform Commission, China(No.2022C040-6).

（Ed.： Y， K， S）