CN113611908B - 一种有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法，采用将锂硫电池固定在匀速转动的圆盘边沿的方法，其中锂硫电池的负极距离圆心较近，相应的正极距离圆心较远，随着圆盘的转动产生的离心力可以起到抑制锂硫电池穿梭效应的作用。采用本发明的技术方案，可以很好地阻止正极聚硫锂向负极扩散，从而抑制锂硫电池的穿梭效应，提高锂硫电池的库伦效率，提升锂硫电池的循环稳定性。
Description
技术领域
本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法。
背景技术
为了解决能源危机以及环境污染问题，可再生能源和新型能源的开发逐渐被人们重视。其中锂硫电池由于具有极高的理论比容量(1675mAh/g)和理论能量密度(2600Wh/kg)，且硫无毒、原料丰富、成本低，使得锂硫电池成为最有前景的下一代储能系统之一。
然而，要实现锂硫电池的商业化，仍面临着一些问题，其中聚硫锂(Li2Sx，4≤x≤8)的溶解和扩散所引起的“穿梭效应”是降低电池库伦效率、导致锂硫电池循环寿命降低的主要原因。近年来，研究人员针对如何消除锂硫电池的穿梭效应来提高电池循环性能做了许多研究。为防止聚硫锂在有机电解质中扩散，最有效的方法之一是将硫限制在多孔骨架里，如碳纳米管、介孔碳、碳球等碳材料与硫复合或包覆，但穿梭效应尚未能得到完全解决。在正极材料研究方面，大多数方法是采用物理或化学方法限制聚硫化物，并不能很好地实现聚硫化物的重复使用，不能有效提高电池的电化学性能，因此，还需寻求一种更有效的方法来抑制穿梭效应。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法。将锂硫电池置于圆盘边缘，电池正极距离圆心较远，电池负极距离圆心较近，通过匀速转动圆盘，产生的离心力可以阻止锂硫电池工作过程中正极的聚硫锂向负极扩散，从而达到抑制穿梭效应的目的，解决了锂硫电池使用过程中因“穿梭效应”而导致的电池库伦效率低，电池稳定性差的问题。
为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法，包括以下步骤：
步骤S1，将锂硫电池固定于可匀速转动圆盘圆周边缘；
步骤S2，使锂硫电池正极距离圆心较远，相应的电池负极距离圆心较近；
步骤S3，使圆盘匀速转动，固定在圆盘上的锂硫电池受到圆盘转动产生的离心力，经该离心力作用后的锂硫电池能够有效抑制穿梭效应。
作为优选的技术方案在步骤S1中，圆盘的半径为20～50cm。
作为优选的技术方案，在步骤S3中，圆盘的转速为300～1000r/min。
作为优选的技术方案，在步骤S1中，圆盘的半径为30cm。
作为优选的技术方案，在步骤S3中，圆盘的转速为600r/min。
相对于现有技术，本发明创造性提出了采用离心力作用实现有效抑制锂硫电池的穿梭效应，解决了锂硫电池使用过程中因“穿梭效应”而导致的电池库伦效率低，电池稳定性差的问题，提高了锂硫电池的库伦效率，增强了电池的循环稳定性；同时，本发明提出的方法工艺简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明的抑制锂硫电池穿梭效应的方法示意图；
图2为未采用本发明抑制锂硫电池穿梭效应的锂硫电池在0.2C充放电电流下的循环容量曲线；
图3为本发明实例化1的锂硫电池在0.2C充放电电流下的循环容量曲线。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能更好说明本发明的流程和方案，结合附图和实施例对以下发明进行进一步的说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明提出一种有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法，包括以下步骤：
步骤S1，将锂硫电池固定于可匀速转动的半径为20～50cm的圆盘边缘；
步骤S2，使锂硫电池正极距离圆心较远，相应的电池负极距离圆心较近；
步骤S3，以300～1000r/min的转速匀速转动圆盘，使聚硫锂受到圆盘转动产生的离心力。
上述技术方案中，将锂硫电池固定在匀速转动的圆盘边缘，其中锂硫电池负极偏向圆心侧，电池正极距离圆心较远，以一定的速度匀速转动圆盘从而产生离心力，使固定在圆盘边缘的锂硫电池在充放电过程中正极产生的聚硫锂无法扩散至负极，从而抑制电池的穿梭效应。
实例化1
取一块纽扣锂硫电池，将其固定于半径为30cm的可匀速转动的圆盘边缘，正负极与圆盘边缘切线方向平行，其中锂硫电池负极靠近圆盘圆心，相应的正极距离圆心较远。以600r/min匀速转动圆盘，使聚硫锂受到圆盘转动产生的离心力。
实例化2
取一块纽扣型锂硫电池，将其固定于半径为20cm的可匀速转动的圆盘边缘，正负极与圆盘边缘切线方向平行，其中锂硫电池负极靠近圆盘圆心，相应的正极距离圆心较远。以300r/min匀速转动圆盘，使聚硫锂受到圆盘转动产生的离心力。
实例化3
取一块纽扣型锂硫电池，将其固定于半径为30cm的可匀速转动的圆盘边缘，正负极与圆盘边缘切线方向平行，其中锂硫电池负极靠近圆盘圆心，相应的正极距离圆心较远。以1000r/min匀速转动圆盘，使聚硫锂受到圆盘转动产生的离心力。
实例化4
取一块纽扣型锂硫电池，将其固定于半径为50cm的可匀速转动的圆盘边缘，正负极与圆盘边缘切线方向平行，其中锂硫电池负极靠近圆盘圆心，相应的正极距离圆心较远。以1000r/min匀速转动圆盘，使聚硫锂受到圆盘转动产生的离心力。
图2为未采用本发明抑制锂硫电池穿梭效应的锂硫电池在0.2C充放电电流下的循环容量曲线，图3为本发明实例化1的锂硫电池在0.2C充放电电流下的循环容量曲线，两者对比可知，采用本发明的技术方案，锂硫电池比容量可以达到659mAh/g，循环500次的每次衰减率仅为0.024％。实施例2-4也能达到相当技术效果。
进一步的，对上述方法进行性能测试。具体测试过程如下：所选用测试的锂硫电池，负极为锂片，Celgard2325作为隔膜，1mLiTFSI溶解在1,3-二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)(体积比1:1)为电解液，在湿度和氧气浓度低于1ppm，充满氩气保护的手套箱中，使用LIR2032硬币型电池壳组装电池。在充放电测试系统中，充放电测试电压为1.7V～2.8V。
从上述分析可以得出，该方法通过圆盘转动产生的离心力阻止了充放电过程中正极极产生的聚硫锂向负极扩散，从而抑制了锂硫电池的穿梭效应，使其组装的电池在0.2C的充放电速率下，循环500次时，每次的衰减率仅为0.024％，库伦效率约为99.372％，说明该方法有效提高了电池的循环稳定性。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将锂硫电池固定于匀速转动圆盘圆周边缘；
步骤S2，使锂硫电池正极距离圆心较远，相应的电池负极距离圆心较近；
步骤S3，使圆盘匀速转动，固定在圆盘上的锂硫电池受到圆盘转动产生的离心力，使固定在圆盘边缘的锂硫电池在充放电过程中正极产生的聚硫锂无法扩散至负极，从而抑制电池的穿梭效应。
2.根据权利要求1所述的有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法，其特征在于，在步骤S1中，圆盘的半径为20~50cm。
3.根据权利要求1所述的有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法，其特征在于，在步骤S3中，圆盘的转速为300~1000r/min。
4.根据权利要求2所述的有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法，其特征在于，圆盘的半径为30cm。
5.根据权利要求3所述的有效抑制锂硫电池穿梭效应的方法，其特征在于，圆盘的转速为600r/min。
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