超輕氮硫共摻雜石墨烯：提升鋰硒電池性能

公開日: 2019-04-25

1 採用簡單真空抽濾法制備了一種自支撐超輕氮硫共摻雜石墨烯膜。

2 共摻雜超輕石墨烯膜用作「液硒電極」的阻擋層，有效避免了充放電過程中的「多硒離子穿梭」效應。

3 共摻雜石墨烯膜可吸附多硒離子，使得鋰硒電池具有良好的循環穩定性和倍率特性。

內容簡介

隨著人們對日用電子消費產品以及電動汽車的要求不斷提高，發展高能量密度的電池體系早已是大勢所趨。鋰硫電池因具有很高的理論體積能量密度（3467 mA h/cm³），有望顯著提高電動汽車的續航裡程，但是在充放電過程中如何抑製多硫離子溶解和避免鋰枝晶產生一直製約著鋰硫電池的發展和使用。鋰硒電池具有可與鋰硫電池相媲美的超高體積比容量(3253 mAh/cm³vs. 3467 mAh/cm³)，而且硒的導電性和電化學活性都遠遠高於硫，但是鋰硒電池存在一些難以克服的問題，主要表現在：（1）充放電過程中產生多硒化物會帶來穿梭效應，在很大程度上影響Li-Se電池的循環壽命；（2）電極發生體積膨脹；（3）較低的電子電導率和離子傳輸速率。

▲ 圖1 Li-Se電池目前面臨的主要問題

北京大學侯仰龍教授和重慶工商大學古興興副研究員等利用合成出的自支撐超輕氮硫共摻雜石墨烯膜作為液硒電極阻擋層，有效抑製了多硒化物的產生，避免了充放電過程中的「多硒離子穿梭」效應，實現了鋰硒電池循環性和倍率性能的大幅提升。

此工作為製備高能量密度，長循環壽命的鋰硒和鈉硒電池提供了一種全新的策略方法。