Adv. Energy Mater.: 基于有机硫正极和硫化物电解质的室温全固态锂有机电池

小学生

2021-11-10

有机电极材料是一类新兴的结构可调、性能可定制、资源可持续的电极材料，因而越发受到研究者们的关注。但是有机电极材料的溶解问题依然没有解决。虽然研究者们开发出增大分子极性以及构建聚合物等多种方法缓解活性物质的溶解，但是解决溶解问题的根本途径是构建固态电池。前人有基于羰基类正极材料的固态电池的报道，但是其在室温全固态锂电池中未能表现出令人满意的性能。近日，武汉大学艾新平和宋智平教授等人巧妙地将有机硫化物和硫化物电解质结合起来，扬长避短，构建出性能优异的室温全固态锂有机电池。

本文要点

1)   首次选用廉价高容量的有机二硫化物（聚三聚硫氰酸, PTTCA）和具有高室温导电率的硫化物电解质结合构筑室温全固态电池，避免了由于活性物质与电解质不兼容（文中有对比）以及电解质室温导电率差造成的电池性能不佳；

2)   选用碳纳米管这种具有高长径比的导电剂作为活性物质载体，在保证电极电子电导率满足需求的同时尽可能避免了电解质的电化学反应；

3)   在50 mA g^-1电流密度下活性物质利用率高达91%，表现出410 mAh g^-1的高比容量。在长达两个月的恒流充放电循环后（100周），电池容量保持率高达83%；

4)   作者使用非原位XPS技术对活性物质的氧化还原机理进行研究，同时也揭示了活性物质与电解质之间的相互作用。

这个工作巧妙地将有机硫化物正极和硫化物电解质结合起来，发挥了活性物质容量高，电解质离子电导率高的优势，避开了正极易溶解，电解质电压窗口小的劣势。同时作者展示了羰基类活性物质和有机硫正极对硫化物电解质的适配性差异，为有机硫化物正极的应用打开了新的大门。

参考文献：

Z. Yang, et al. Room-Temperature All-Solid-State Lithium–Organic Batteries Based on Sulfide Electrolytes and Organodisulfide Cathodes, Adv. Energy Mater., 2021, 2102962

DOI: 10.1002/aenm.202102962

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202102962