[1]员紫梦,刘单单,黄佳佳.黏结剂对钾硫电池正极材料性能的影响研究[J].郑州大学学报(工学版),2022,43(06):70-76.[doi:10.13705/j.issn.1671-6833.2022.03.015]
　,粘结剂对钾硫电池SPAN正极性能的影响[J].Journal of Zhengzhou University (Engineering Science),2022,43(06):70-76.[doi:10.13705/j.issn.1671-6833.2022.03.015]
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黏结剂对钾硫电池正极材料性能的影响研究()
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《郑州大学学报(工学版)》[ISSN:1671-6833/CN:41-1339/T]

卷:
43
期数:
2022年06期
页码:
70-76
栏目:
出版日期:
2022-09-02

文章信息/Info

Title:
粘结剂对钾硫电池SPAN正极性能的影响
作者:
员紫梦;  刘单单;  黄佳佳
郑州大学化工学院;

Author(s):
尹子萌;  刘丹丹;  黄佳佳
郑州大学化学工程学院， 郑州450001
关键词:
Keywords:
硫化聚丙烯腈; 钾硫电池; 羧甲基纤维素钠; 聚偏二氟乙烯; 粘结 剂
分类号:
TQ028. 2；O611. 6
DOI:
10.13705/j.issn.1671-6833.2022.03.015
文献标志码:
A
摘要:
针对钾硫（ K-S）电池中硫化聚丙烯腈（ SPAN）正极在循环过程中因结构不稳定易发生容量衰减问题，以黏结剂为研究对象，比较了羧甲基纤维素钠（ CMC） 和聚偏二氟乙烯（ PVDF） 黏结剂对 SPAN 正极电化学性能的影响，并进一步通过动力学测试和电极形貌微观测试探明黏结剂结构对电池性能的影 响机理。倍率性 能测 试结果 表明：使用 CMC 黏 结剂制备的 SPAN 电极在 0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、3C 倍 率下分别具有 1 256、 1 16 1、1 058、946、716、538 mAh / g 的放电比容量，之后再以 0. 1C 倍率充放电所得放电比容量仍保持为 1 253 mAh / g，明显优于 PVDF 黏结剂制备的 SPAN 电极的倍率性能。此外，循环性 能 测试结果表明：使用 CMC 黏结剂制备的 SPAN 电极在 0. 5C 电流密度下经过 100 次循环后仍具有 822 mAh / g 的放电比容量，容量保持率高达 75. 6%，明显优于 PVDF 黏结剂制备的 SPAN 电极的循环性能。机理测试结果表明:CMC 黏结剂性能优异的原因在于其结构中大量的含氧活性官能团,一方面可 以与活性物质颗粒之间形成较强的化学相互作用,显著提高黏附强度,从而能够承受循环过程中 SPAN正极巨大的体积变化,维持电极内部导电网络的稳定,防止电极结构坍塌,提高电池的循环稳定性;另一 方面，— COONa 可以提高 电极的钾 离子扩散系数，促进 钾离子传输，改 善电池的倍率性能。
Abstract:
由于钾离子半径大，SPAN阴极在循环过程中体积变化较大，导致结构坍塌和严重的容量衰减。本文研究了羧甲基纤维素钠（CMC）和聚偏氟乙烯（PVDF）对K-S电池中SPAN阴极电化学性能的影响，并通过动力学试验和SEM试验进一步探讨了CMC粘结剂改善SPAN阴极电化学性能的原因。倍率性能测试结果表明，CMC粘结剂制备的SPAN电极在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、3C时的容量分别为1 256、1 161、1 058、946、716、538 mAh/g。当电流密度恢复到0.1C时，容量仍保持在1 253 mAh/g，远远优于PVDF粘结剂制备的SPAN电极的倍率性能。此外，循环性能测试结果表明，CMC粘结剂制备的SPAN电极在0.5C下循环100次后可提供822 mAh/g的高可逆容量，相当于75.6%的高容量保持率。机理试验结果表明，得益于CMC结构中丰富的含氧活性官能团，不仅可以加强与活性材料的化学相互作用，缓解SPAN阴极在充放电过程中的体积变化，而且可以加速钾离子的输运。与PVDF粘结剂相比，CMC粘结剂制备的SPAN电极表现出较高的速率性能和循环性能。本研究结果为抑制钾硫电池体积膨胀，保持电极内部导电网络的稳定性，从而提高倍率性能和循环稳定性提供了有效的策略。

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更新日期/Last Update: 2022-10-03