锂硫电池PPT课件

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液态有机电解液
• 研究发现线形或环形醚类物质如四氢呋喃（THF）、二甲醚(DME)、四乙二 醇二甲醚(TEGDME)、二氧五环(DOL)等具有较高的多硫化物溶解能力，其中 DOL既可以降低电解液的黏度，也可以在锂负极表面形成保护层。单一的 线形醚类作溶剂时会过多地溶解多硫化物而导致电解液黏度过大，一般为 两种或三种溶剂配合使用。
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全固态电解质
• 聚合物电解质的使用温度一般为70-100℃,而全固态无机电解质的使用温 度范围可以更广,且不会溶解多硫化物,可用于锂硫电池的全固态无机电解 质的研究主要集中于硫化物玻璃。
➢ 高能球磨法 ➢ 柠檬酸络合法
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负极研究进展
• 实际应用中锂负极存在以下问题： ➢ 锂负极的充放电效率低、循环性能差 ➢ 由于锂表面的不均匀性，在表面可能会生成锂枝晶，造成安全性问题。 • 因此对锂金属电极进行表面修饰非常必要。
起着很大的作用。
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正极粘结剂
• 1）水溶性的动物胶。 • 2）环糊精作为黏结剂，硫-聚丙烯腈复合材料作为正极。 • 3）除用基础黏结剂外还采用含有聚环氧乙烷、聚环氧丙烷等氧化聚合物作
为第二黏结剂。
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电解质体系
• 锂硫电池要求电解液具有高电导率、宽电化学窗口和对锂化学稳定等。锂 硫电池电解质体系分为液态有机电解液和全固态陶瓷电解质。
• （1）无论是“荷电态”的单质硫还是“放电态”的硫化锂，都是绝缘体，对传递电荷造成很大的困扰； • （2）硫化锂可逆性差，很容易失去电化学活性； • （3）反应过程中，正负极材料的体积变化巨大负极锂被消耗而使体积缩减，同时正极将膨胀，巨大的体
积变化会破坏电极结构； • （4）中间产物多硫化物易溶解在电解质中，并向负极迁移，造成活性物质损失和较大的能量损耗 ； • （5）锂硫电池在充放电过程中生成多种中间产物，且多种化学反应伴随电化学反应同时发生，过程极其
锂Baidu Nhomakorabea电池
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上海理工大学
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锂硫电池
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锂离子电池发展现状
➢ 负极材料：新型的硅基和锡基等材料分别可达到大于2000和 990mAh/g。
➢ 正极材料:无论是层状结构的三元材料、聚阴离子型的LiFePO4还 是尖晶石结构的LiMn2O4，理论比容量都小于200mAh/g。
➢ 因此，寻找和开发新型高比容量和高比能量的安全、廉价正极材
➢ 硫/碳复合材料
10-60次循环后比容量500-1000mAh/g
➢ 硫/碳纳米管复合物 60次循环后比容量500-700mAh/g
➢ 硫/聚合物复合材料 较50次循环后290mAh/g有所改善
➢ 硫/金属氧化物复合材料 30-80次循环后350-700mAh/g
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正极黏结剂的研究
• 高性能的硫正极应具备以下条件： a) 活性物质硫与导电相间紧密接触 b) 电极与电解质间的界面稳定 • 硫与导电相间的接触除了与导电相本身的结构相关外，黏结剂的性能也
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负极研究进展
• 在含有乙二醇二甲基丙烯酸酯的有机溶液中，以甲基苯甲酰甲酯为光引发 剂，在紫外光辐照下发生聚合，在金属锂表面生成一层厚约10μm的保护层。
• 为了避免锂枝晶生长或者锂的界面阻抗对电池循环性能的影响，在Li/S电池 中选择传统的锂离子嵌入脱出型的负极.
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前景展望
➢ 在保证硫极导电性的同时，提高正极中硫的含量。 ➢ 设计稳定的导电结构，防止在充放电过程中硫正极的结构失效。 ➢ 对于液态电解液体系，开发出对硫极和锂金属兼容性都好的新型电解液。 ➢ 对于全固态电池体系发展高密度和室温高电导率的固态电解质。
单质硫的理论比容量为1675mAh/g，来源丰富、价格便宜且对环境友好，与
料金属是锂目组前成研的究锂的硫电热池点理论比容量达2600Wh/kg,相当于锂离子电池的5倍。
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基本原理
• 锂硫电池：采用硫或含硫化合物作为正极，锂或储锂材料作为负极，以硫-硫键 的断裂/生成来实现电能与化学能相互转换的一类电池体系。
充电：Li2S电解
正极 硫/硫化物
Li+
负极 锂/储锂材料
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研究现状
➢ 自2009年起，日本新能源产业技术综合开发机构每年投入300亿日元（约合24亿元人民币） 的研发预算，目标是在2020年使锂硫电池的能量密度达到500Wh/kg。
➢ 美国能源部2011年投入500万美元资助锂硫电池的研究，计划2013年能量密度达到 500Wh/kg。
复杂，反应机理不明确。
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研究现状
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研究现状
1. 添加一种或多种电子导体与硫复合，达到提高导电性的目的。 2. 通过设计导电相的结构使其具有吸附多硫化物的能力，或者改进电池电
解液体系。 3. 锂负极的保护。
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硫正极的改性
• 硫正极的改性主要包括硫与导电材料的复合、纳米金属氧化物对硫单质 的包覆等，以达到提高硫正极导电率、抑制多硫化物溶解的目的。
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参考文献
1）梁宵, 温兆银, 刘宇. 高性能锂硫电池材料研究进展[J]. 化学进展, 2011, 23(0203): 520-526.
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仪器预约
• 上海理工大学材料学院>仪器共享>预约系统
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•Thank You！
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➢ 国际上锂硫电池的代表性厂商有美国的Sion Power、Polyplus、Moltech，英国Oxis及韩 国三星等。
Sion Power公司的软包装锂硫电池，比能量达 到350-380Wh/kgm活性物质硫的利用率达到75 ％。
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研究现状
• 锂硫电池的研究已经历经了几十年，并且取得了许多成果，但离实际应用还有不小距离。仍有以下问题有 待解决：