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[原创]南洋理工大学楼雄文：优异储锂/钠性能的聚丙烯腈/二硫化硒正极材料（2018-07-27 15:44:03）

标签：能源环境 电池  

作为锂硫电池中的一类特殊的正极材料，热解聚丙烯腈/硫（或称：硫化聚丙烯腈，缩写为：pPAN/S）和某些微孔碳/S复合材料可以完全规避多硫离子溶解的问题，能够在商业化的碳酸酯电解液中获得优异的循环稳定性。但是，在pPAN/S或微孔碳/S复合材料中，S的含量通常很难超过50wt%，且容量利用率不高，导致该复合材料的总体能量密度不高，限制了其实际应用。

近日，新加坡南洋理工大学楼雄文教授课题组报道了一种热解聚丙烯腈/二硫化硒（pPAN/SeS2）复合材料，其活性物质含量高达63wt%，作为电池的正极材料展现了优异的储锂和储钠性能。研究者指出：活性物质含量的提升有两方面原因，首先，Se元素的摩尔质量是S的约2.5倍，因此，Se的引入能显著提高复合材料中活性物质的质量百分比；其次，相对于粉末状的PAN，在多通道pPAN的微孔、介孔尺度的孔道结构中能储存部分具有电化学活性的SeS2，进一步提升复合材料中活性物质的比例。

形貌结构：在热处理过程中，PS受热分解，形成了连续贯通的孔道结构，同时PAN与SeS2发生脱氢反应，Se-S链状分子与PAN的高分子骨架形成化学键，得到pPAN/SeS2复合材料。与pPAN/S和pPAN/Se相比，pPAN/SeS2结合了二者各自的优点。pPAN/SeS2的电化学活性更多地类似于pPAN/Se；同时，得益于在理论比容量和电导率上的优势，pPAN/SeS2的放电比容量又远高于二者。

电化学性能：在0.5 A g-1的电流密度下，pPAN/SeS2复合正极的储锂比容量高于1000mAh g-1，其库伦效率约为100%。同时，pPAN/SeS2展现了优异的倍率性能和长循环稳定性，在4 A g-1的电流密度下，循环2000次后还保持较高的容量。 研究者又将pPAN/SeS2用于室温Na-SeS2电池的正极材料，显示出了优异的反应活性。在室温0.1 A g-1的电流密度下，pPAN/SeS2第二次放电比容量高达944 mA h g-1，其循环和倍率性能明显优于pPAN/S。 通过对100次循环后的Li-SeS2电池进行拆解分析，发现pPAN/SeS2具有很好的电化学稳定性，在循环过程中完全没有Se或S的溶解问题，电极片和电极材料都保持了很好的稳定性。

该研究制备pPAN/SeS2的方法较简单，同时，pPAN/SeS2展示出了优异的储锂和储钠性能，既具有较高的容量，又具有较好的循环稳定性。值得指出的是，虽然该工作中Se：S的比例在1:2时获得了很好的容量与倍率的平衡，但是，基于材料成本、电池性能、应用领域等综合因素考虑，正极材料中的Se/S比例仍然有很多优化提升的空间。

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图1. pPAN/SeS2的形貌和结构

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图2. 对pPAN/SeS2和一些对比样品的表征

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图3. pPAN/SeS2和pPAN/S，pPAN/Se的电化学性能对比

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图4. Li-SeS2电池的性能

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图5. 室温Na-SeS2电池的性能

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图6. 对循环后的pPAN/SeS2进行的相关表征

链接地址：http://www.espun.cn/news/detail-291.html

文章来源：易丝帮