基于LLZO的复合电解质对Li-S电池穿梭效应的抑制

doi:10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0034

储能科学与技术 ›› 2016, Vol. 5 ›› Issue (5): 719-724.doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0034

基于LLZO的复合电解质对Li-S电池穿梭效应的抑制

郑鸿鹏1，陈挺1，徐比翼1，田然1，刘河洲1，段华南1，王可2，吴勇民2

1上海交通大学材料科学与工程学院，金属基复合材料国家重点实验室，上海 200240；2上海空间电源研究所，空间电源技术国家重点实验室，上海 200245

收稿日期:2016-07-01 修回日期:2016-07-06 出版日期:2016-09-01 发布日期:2016-09-01
通讯作者: 段华南，副教授，研究方向为储能材料、薄膜材料、高通量实验，E-mail：hd1@sjtu.edu.cn；吴勇民，工程师，研究方向为全固态锂电池、固态电解质、正极材料，E-mail：wuym2014@126.com。
作者简介:郑鸿鹏（1993—），男，本科在读，研究方向为固态电解质，新型锂电池，E-mail：1186356597@qq.com；
基金资助:
国家自然科学基金项目（11304198），航天先进技术联合研究中心技术创新项目（USCAST-2015-40），上海交通大学材料基因组联合研究中心项目（15X190030002）。

LLZO-based hybrid electrolyte to suppress the shuttle effect of Li-S battery

LLZO-based hybrid electrolyte to suppress the shuttle effect of Li-S battery#br#

1State Key Laboratory of Metal Matrix Composites, School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China; 2State Key Laboratory of Spcae Power Technology, Shanghai Institute of Space Power-Sources, Shanghai 200245, China

Received:2016-07-01 Revised:2016-07-06 Online:2016-09-01 Published:2016-09-01

摘要/Abstract

摘要： 相对于传统锂离子电池，锂硫电池具有高比容量、高能量密度、环境友好等特点，因而在作为未来的动力电池和储能电池上被寄予厚望。但是，目前的锂硫电池存在穿梭效应、硫利用率低、充放电体积变化大等问题。本工作主要针对硫的穿梭效应、硫在负极材料沉积等问题开展研究。首先制备出室温离子传导率为6.4×10-4 S/cm的含锂石榴石（LLZO）固态电解质；再引入LLZO固态电解质作为隔膜，使用石墨烯气凝胶复合硫正极组装电池进行测试。充放电循环测试结果表明，该电池结构可以解决锂硫电池难以有效充电的问题，获得了接近100%的库仑效率。此外，采用XRD、SEM等检测手段分析了充放电循环后LLZO隔膜的微观物相结构，证明了LLZO能够有效阻挡多硫化物，抑制穿梭效应。

关键词: LLZO, 锂硫电池, 氧化石墨烯, 穿梭效应, 库仑效率

Abstract: Compared with traditional lithium-ion batteries, lithium-sulfur (Li-S) batteries have many advantages such as high specific capacity, high energy density and environment-friendly characteristic, which makes them a promising system for electric vehicles and energy storage. However, the Li-S batteries have been facing problems, such as the shuttle effect, low efficiency, and volume change during cycling. In this paper, we try to suppress the shuttle effect by introducing a LLZO-based hybrid electrolyte. Firstly, we prepare the dense LLZO solid electrolyte with the ionic conductivity of 6.4×104 S/cm; then we use the LLZO as the separator, Li anode, and S-C composite cathode to assemble Li-S test cells. The electrochemical test results indicate that the cell can obtain a Coulomb efficiency closely to 100%. The post-test examination shows that element S can only be found on the side of LLZO facing the S-C cathode, not on the side facing the Li anode, suggesting that the LLZO can effectively block the transport of the dissolved polysulfides.

Key words: LLZO, Li-S battery, oxidized graphene, the shuttle effect, coulomb efficiency

郑鸿鹏1，陈挺1，徐比翼1，田然1，刘河洲1，段华南1，王可2，吴勇民2. 基于LLZO的复合电解质对Li-S电池穿梭效应的抑制[J]. 储能科学与技术, 2016, 5(5): 719-724.

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基于LLZO的复合电解质对Li-S电池穿梭效应的抑制

LLZO-based hybrid electrolyte to suppress the shuttle effect of Li-S battery

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