基于可逆电化学反应的锂蓄电池通过掺杂与去掺杂硫,硫化热解聚丙烯晴可成为导电聚合物。硫化聚丙烯晴电池的容量比基于可逆电化学反应的锂蓄电池的容量大,特殊的充放电特性表明,硫化物电池远超锂蓄电池机制。
何向明的研究成果显示,当深度放电到0V时,放电/充电容量为1502mAh/g和1271mAh/g,之后循环稳定在1V到3V之间。在0.1V和3V之间时,循环性能稳定,容量为1000mAh/g。
对于过充电,电压会突然降到3.88V,之后稳定在2V左右。过充电后,无法再继续充电,表明电池具有过充电的内在安全性。
充电的上限电压是3.6V。充电电压到3.8V时,无法再继续充电;电压到3.7V时,3次循环后也无法再充电。
另外,2个硫化物/锂电池与2个钴酸锂/锂电池拥有几乎相同的放电电压,因此,他们之间具有良好的互换性。
这种电池的充电电压及容量会随着温度的下降而提高。在60℃和-20℃时的放电容量分别为854和632mAh/g。聚合物负极工作温度在-20℃以上。
充电电压及容量会随着电流密度的增加而下降。在电流密度为55.6mA/g时,容量为792mAh/g;电流密度为667mA/g时,容量为604mAh/g。这表明该种电池可工作在电流密度较高的状态下。
硫化物电极在放电(嵌入锂离子)时体积会膨胀,充电(脱锂离子)时会收缩。第一次放电后,正极厚度会增加约22%。金属锂负极和硫化物正极的厚度变化会相互补偿,以保证电池整体厚度不会出现太太变化。导电聚合物也有同样的特性。在EIS研究中,等效电路时的测定与拟合结果。
由于硫化热解聚丙烯晴(SPAN)与热解聚丙烯晴(PPAN)的结构不同,前者在600℃以上仍能保持稳定。
用硫化聚丙烯晴做正极,锂箔做负极的原型聚合物锂电池,大小为4x40x26mm3,能量密度为246Wh/kg或401Wh/l。
另外,在以石墨做锂硫电池负极的实验中,在一个干燥的空气或惰性气体盒内,用Celgard的2400孔隔膜做隔片,置于正负极之间形成电芯,在负极与隔片之间是100μm厚的锂箔材料,然后注入1MLiPF6-EC/DEC电解液,最后密封成扣式电池。特性曲线如图4所示。添加Li2.6Co0.4N后的充放电曲线。
上述两种方法中,以石墨做负极比金属锂更安全;锂化前的硫化物正极由电化学的锂化生成;在硫化物/石墨电池和硫化物/锂电池之间存在0.2V的电压差;硫化物/石墨电池具有更稳定的循环寿命。