锂硫电池用树脂基多孔碳硫复合正极材料的研究

合集下载

《ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用》范文

《ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用》范文

《ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用》篇一一、引言随着能源需求的增长和环境保护意识的提高,开发高效、环保的能源存储技术已成为研究的热点。

锂硫(Li-S)电池因具有高能量密度、低自放电率和环保性等优点,而成为下一代电池的重要候选者。

然而,Li-S电池的商业化进程仍面临许多挑战,如硫正极的导电性差、充放电过程中体积效应和穿梭效应等。

针对这些问题,研究者们正积极寻找改善方法,其中之一就是利用多孔碳材料作为硫的载体。

本文将详细介绍ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备方法及其在Li-S电池中的应用。

二、ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备1. 合成过程首先,需要合成ZIF-9金属有机骨架材料。

ZIF-9是一种由锌离子和有机配体组成的金属有机骨架(MOF)材料,具有高度多孔的结构和良好的化学稳定性。

合成过程中,将锌盐和有机配体在适当的溶剂中混合,通过调节pH值和温度等条件,使二者发生配位反应,生成ZIF-9。

然后,通过热解ZIF-9来制备多孔碳材料。

将ZIF-9在惰性气氛下进行高温热解,使有机配体发生热解反应,生成多孔碳材料。

在热解过程中,金属锌作为模板被蒸发,从而在碳材料中留下丰富的孔隙。

2. 制备工艺参数优化为了获得最佳的多孔碳材料,需要优化制备过程中的工艺参数。

例如,热解温度、热解时间和气氛等都会影响碳材料的结构和性能。

通过调整这些参数,可以获得具有不同孔径分布、比表面积和电导率的碳材料。

三、多孔碳材料在锂硫电池中的应用1. 硫的负载与复合将硫负载在多孔碳材料上,可以有效地提高硫的导电性和利用率。

通过控制硫的负载量、粒径和分布等参数,可以优化硫正极的性能。

同时,多孔碳材料还可以缓解硫在充放电过程中的体积效应,提高电池的循环稳定性。

2. 电池性能分析将负载了硫的多孔碳材料作为正极,与锂金属负极配对,组装成Li-S电池。

通过测试电池的充放电性能、循环稳定性和倍率性能等指标,可以评估多孔碳材料在Li-S电池中的应用效果。

ZIF-67衍生多孔碳的制备及其在锂硫电池中的应用研究

ZIF-67衍生多孔碳的制备及其在锂硫电池中的应用研究

ZIF-67衍生多孔碳的制备及其在锂硫电池中的应用探究专业品质权威编制人:______________审核人:______________审批人:______________编制单位:____________编制时间:____________序言下载提示:该文档是本团队精心编制而成,期望大家下载或复制使用后,能够解决实际问题。

文档全文可编辑,以便您下载后可定制修改,请依据实际需要进行调整和使用,感谢!同时,本团队为大家提供各种类型的经典资料,如办公资料、职场资料、生活资料、进修资料、教室资料、阅读资料、知识资料、党建资料、教育资料、其他资料等等,想进修、参考、使用不同格式和写法的资料,敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!And, this store provides various types of classic materials for everyone, such as office materials, workplace materials, lifestyle materials, learning materials, classroom materials, reading materials, knowledge materials, party building materials, educational materials, other materials, etc. If you want to learn about different data formats and writing methods, please pay attention!ZIF-67衍生多孔碳的制备及其在锂硫电池中的应用探究ZIF-67衍生多孔碳的制备及其在锂硫电池中的应用探究随着可再生能源的快速进步,锂硫电池作为一种有潜力的高能量密度电池,吸引着广泛的探究爱好。

锂硫二次电池正极研究进展

锂硫二次电池正极研究进展
物 理 化学 学报 ( ui a u u b o W lHu x e e a ) X
M a y
A t .C i . i. 0 1 2 () 10 -1 1 c P a 一 hm Sn 2 1, 7 5, 0 5 0 6
10 05
w ww . whx p u.d Ol b.k e u.i
关 键 词 : 锂 环 性 能
中 图分 类 号 : 06 6 4
Re e o f . s t o s f gh Pe f m a c t u vi w fSul urBa ed Ca h de orHi ror n e Li hi m Re h g a e Ba t re C ar e bl te i s
Ke o d y W r s: L t i m— uf r e h g abe b t r ; Ca h d i u s l c ar e l a t y h u r e t o e; Su f rb e o p st a e i l - as d c m o i m t r u e a
[ e iw R ve ]
锂 硫 二 次 电池 正极 研 究 进 展
姚 真 东 魏 巍 王久林’ 杨 军 努 丽 燕 娜
f 上海交通大 学化 学化工学院, 上海 2 0 4 ) 0 2 0
摘 要 : 综 述 了锂 硫 电池 中硫 基 正 极 材 料 的 制 备 方 法 、 构 特 征 以及 电化 学 性 能 . 述 了 单 质 硫 正 极 材 料 , 点 结 简 重
c tod aer s n i im/ uf r b t r s ar e iwe i ti p er a h e m t i i Ihu s l at i e r ve d n hs ap .Th lm e t uf r c t o e al t u e e e ee naIs l a h d u

锂硫电池正极研究现状及产品化前景

锂硫电池正极研究现状及产品化前景

持8 5 %。 wu 等 对硫/ 碳纳米 管复合 正 极进行聚苯胺 ( P A Ni ) 包覆 , 进一步提高 硫/ 碳纳米管复合正极材料的电化学性 能, 得 到的聚 苯胺一 硫/ 多 壁碳 纳米 管 ( P ANi — S / MWC N T) 复合正极材料首次 放 电比 量高达 1 3 3 4 . 4 mA h / g , 8 0 次循 环后 , 放 电比容量仍保持9 3 2 . 4 mAh / g , 库 伦 效 率 是未 包 覆 正极 材 料 的 2 倍,
达9 2 . 4 %。
等 。 ’ 将单质硫 与膨 胀石墨均匀 混合后
4 0 0 ℃加热 2 h, 制得 含硫 量 6 7 . 2 %( 质
量分 数 ) 的硫 / 膨 胀 石 墨 复 合 正极 材 料, 电流密度 为 0 . 4 mA/C m 时, 首 次 放 电比容量达 9 7 2 mAh/ g; 2 0 次循环 后, 放 电比容量为 4 9 7 mAh / g 。 ( 8 )硫 /石墨烯复合 正极材料 石 墨 烯 是 当 今 备受 关 注 的储 能 材料 之 一 , 其 比表 面 积 极 高 、 电化 学
重的极化现象 。
( 3 )硫 / 多孔碳复合正极材料
环 稳定性差 等 问题 已经成为制 约其实 际应用 和产 业 化发 展 的瓶 颈。 如何 提
高 锂硫 电池 的硫利 用率 、 放 电容量 和 循环 稳定性 已经成为锂 硫 电池开 发的 研究 关键 。 本文从 正极材料 、 粘 结剂集 流体 3 个方 面对 锂硫 电池 的正 极部 分
制 备 了复合 正极 材料 , 研 究 了不 同含 硫 量 的 硫/ 多 孔 碳 复 合 正 极 材 料 中 硫 的分 布情 况, 当硫 的质量 分数 小于 3 7 . 1 %时 , 硫 主要分布在直径 <3 nm的 孔内。 同时研究还表 明 , 其 首次放 电比

高性能锂-硫电池用复合正极的构造与粘结剂

高性能锂-硫电池用复合正极的构造与粘结剂

高 性 能锂. 电池 用 复合 正极 的构 造 与粘 结剂 硫
伍 英 蕾 杨 军 王久 林
尹 利 超 努 丽 燕 娜
( 海 交 通 大 学 化学 工 程 系, 上 上海 2 0处理方法制 备了含有 多壁碳纳米管 ( NT ) MC s的硫 基复合正极 材料, 利用 x射线衍 射( R 和扫描 电子显微镜(E 测定材料 的结构 和形 貌, 系统 地研究 了 MC T 含量和粘结剂种 类对硫基 X D) s M) 较 N s 复合正极容量、循环稳定性和 自放 电行 为等 的影 响. 结果表明: N s MC T 的合适含量为 5 8 , %一 % 质量分数)以 , 水性粘结剂环糊精制备 的硫基复合 正极 电化学性 能最佳 . 硫电池在常温和半充 电状态下放置 3 锂 0天几乎没有 自放 电; 当电流倍率 为 01 . C时 , 环糊精 为粘结 剂的正极初始充 电容 量为 6 77m ・ 10次循环 以后可逆 8 . Ah g , 0 容量为 6 38 h g.容量保持率达 9 . 2 .mA ・一 , 07 %. 关键词 : 锂一 硫电池: 硫基正极 ; 多壁碳纳米管; 水性粘结剂; 环糊精
Absr c : t a t Balmi i g i o i ai n wi e tt ame twa s d t r p r u f rb s d c mp st a h d l l n n c mb n t t h a r t n su e o p e ae s lu - a e o o i c t o e l o h e e
fat n n d te s f8 c co e t n s trs lbe bn e o a r ae h c 山o e rs l n te b s rci )a h u e o 一y ld xn a a wae—ou l id r t fb i t te a d e ut i e t o c s h

锂硫电池的正极与负极研究进展

锂硫电池的正极与负极研究进展
2)硫和硫化锂的密度分别为 2.03g/cm3 和 1.66g/cm3,在 放电过程中硫会生成硫化锂,造成电池的体积膨胀,从而导 致活性物质硫从导电结构上脱落,使锂硫电池的比容量受到 损失。由于硫和硫化锂均为绝缘物质,因此硫化锂在正极导 电框架上的生成会影响正极活性物质的溶解,从而降低锂硫 电池的反应效率和比容量。
摘 要 :锂硫电池由于其理论能量密度高,理论比容量高,环境友好等特性,成为最有潜力应用于电动汽车与电子设备的 能量储存介质之一。然而由于锂硫电池的硫正极绝缘性,多硫化物的溶解导致的穿梭效应和锂负极枝晶等问题,阻碍了锂硫电 池的商业化应用。介绍了锂硫电池正极材料的结构改进与锂负极材料的保护,包括使用不同类型的碳材料与导电金属氧化物用 于正极的导电框架,以及使用电解液添加剂,人工保护层等方式对锂负极进行保护。最后,对锂硫电池的未来发展进行了展望。
Keywords :lithium sulfur battery ;cathode ;carbon materials ;protection of lithium anode
1 概述 由于全球的石油等化石类能源被日渐消耗,以及石油汽
油等燃烧向空气中大量排放二氧化碳导致气候变暖,人们迫 切需要寻找下一类可持续的,价格低廉并且环境友好的能源 存储系统 [1]。在所有的电化学存储系统中,锂离子电池在二 次充电系统中占据着非常重要的地位。然而锂离子电池最大 能量密度为 240Wh/kg,且锂离子价格贵,并有过充的安全问 题。这些都限制了锂离子电池在市场上的应用 [2]。锂硫电池因 为其较高的理论能量密度和理论比容量而在近些年被广泛研 究。锂硫电池的理论比容量为 1 675mAh /g,理论能量密度为 2 600Wh kg-1,远高于锂离子电池。锂硫电池是由锂负极和硫 正极组成,通过 S-S 键的断裂 - 重组来实现电能与化学能的相 互转变 [3]。

锂硫电池硫导电聚合物正极材料的研究进展

锂硫电池硫导电聚合物正极材料的研究进展

锂硫电池硫/导电聚合物正极材料的研究进展/俞栋等141锂硫电池硫/导电聚合物正极材料的研究进展。

俞栋,徐小虎,李宇洁,汪冬冬,周小中(西北师范大学化学化工学院,生态环境相关高分子材料教育部重点实验室,甘肃省高分子材料重点实验室,兰州730070)摘要综述了锂硫电池硫/导电聚合物正极材料的研究进展。

重点探讨了导电聚合物在硫基正极材料改性中的制备方法、结构设计,并对其中存在的问题进行了分析。

最后对硫/导电聚合物正极材料的进一步发展及商业化应用进行了展望。

关键词锂硫电池正极复合材料导电聚合物中图分类号:TM912文献标识码:A DOI:10.11896/j.iss n 1005—023X 2014.23.029Research Progress of Sulfur/ConductiVe PolymeI’s CathodeMaterials fOr Lithi叫n/SulfurBatteriesYU Dong,XU Xiaohu,LI Yuj ie,WANG Dongdong,ZHOU Xiaozhong (Key Laboratory of Eco_Environment-Related Pol珊er Materials of Ministry of Educa ti on,Ke y L ab or at o ry ofP01)咖er Materials of Gansu P rovin ce,Colle ge of Chemistry&Chemical E n gi n e e ri n g,No rt hw es t N or nl al U ni ve rs it y,L an zh ou 730070)A如sh‘act The res ear ch p r o g r e s s of sulfur/conductive polymers cath ode Imterials for hthiurn/sulfur bat te ri es is s ur n m ar i z ed T h e st r u c t u r al d e s i g n s,p r e p a r a t;o n p r o c e s se s,a n d of c o n d u c t i v e p o l y l n e r s in sulfur composites perfor_m a n c e i m pr o v e m e n t a s cathod e nlateriaIs a r e systeHlaticany discussed and problems as sociated with these rmterials a r ealso analyzed Fina l ly,t he f u rt h er de ve lop me nt an d the commercializat ion of sulfur/conductive polymers cath ode ma te—rials a re d isc uss ed.量(ey w o r d s lithium/sulfur batteries,cathode,composites,conductive polym ers减[20’2¨。

一种表面修饰的氮掺杂多孔碳硫复合材料在锂硫电池正极中的研究[

一种表面修饰的氮掺杂多孔碳硫复合材料在锂硫电池正极中的研究[

专利名称:一种表面修饰的氮掺杂多孔碳硫复合材料在锂硫电池正极中的研究
专利类型:发明专利
发明人:杨文,陈平平,张小玲
申请号:CN201610444217.0
申请日:20160620
公开号:CN105938900A
公开日:
20160914
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明提供了一种表面修饰的氮掺杂多孔碳硫复合材料在锂硫电池正极中的研究。

本发明采用硬模板法和氨气活化法制备氮掺杂多孔碳材料,将该碳材料与升华硫粉混合均匀,密闭条件下加热合成碳硫复合材料,然后利用多巴胺在多孔碳表面聚合成膜后与氧化石墨烯化学交联从而获得表面修饰的氮掺杂多孔碳硫复合材料。

本文发明的复合材料的表面均匀包覆着聚多巴胺与氧化石墨烯,聚多巴胺富含的含氮功能基团及氧化石墨烯的含氧官能基团能很好地固定硫以及抑制多硫化物穿梭。

此外聚多巴胺与氧化石墨烯化学交联作用在碳材料表面形成类似贝壳结构使材料结构稳定,从而获得良好性能的锂硫电池正极复合材料。

申请人:北京理工大学
地址:100081 北京市海淀区中关村南大街5号北京理工大学
国籍:CN
更多信息请下载全文后查看。

锂硫电池硫基复合正极材料发展综述

锂硫电池硫基复合正极材料发展综述

锂硫电池硫基复合正极材料发展综述唐泽勋;叶红齐;韩凯;王治安【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2017(036)010【摘要】硫正极材料具有比容量高、资源丰富、环境友好等特点,由它与锂金属负极组成锂硫电池是一种极具应用前景的高能量密度的电池体系,在市场上有着极大的发展空间.硫基正极材料作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池性能的关键之一,也是目前的研究重点.然而锂硫电池还存在着一些比较严重的问题,如硫的导电性差、"穿梭效应"和锂晶枝等.本文综述了近几年国内外锂硫电池硫正极材料在单质硫、金属硫化物和有机硫化物三个方面的最新研究进展,并展望了锂硫电池硫正极材料的发展方向.%Sulfur cathode material has the advantages of high specific capacity, abundant resources and environmental benignity. Lithium-sulfur battery based on sulfur cathode and lithium metal anode is regarded as a promising battery system with high energy density, which would have a great space for development in the market. Sulfur cathode material, as one of the essential ingredients for lithium-sulfur battery, is the key to improve the battery performance, and also one of the current research focus. However, there are still some serious problems for lithium-sulfur battery, such as poor conductivity of sulfur, shuttle effect and lithium dendrite. In this review, the recent research progress at home and abroad of sulfur cathode materials, including elemental sulfur, metal sulfides andorganic sulfides are introduced, and their development trend is also prospected.【总页数】11页(P1-11)【作者】唐泽勋;叶红齐;韩凯;王治安【作者单位】中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083;中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083;中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083;中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TM912.9【相关文献】1.1,3-二氧戊环基LiCF3SO3电解液对锂硫电池正极材料单质硫的电化学性能影响[J], 苑克国;王安邦;余仲宝;王维坤;杨裕生2.锂硫电池硫基碳正极材料的研究进展 [J], 杨果;马壮;杨绍斌;沈丁3.锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能 [J], 李巧乐;燕映霖;杨蓉;陈利萍;秦海超;史忙忙;魏一奇4.锂硫电池硫基碳正极材料及其改性研究进展 [J], 杨昆鹏; 万亚萌; 严俊俊; 何海霞; 李涛; 任保增5.硫-纳米碳复合柔性正极材料的制备及其在锂硫电池中的应用 [J], 邵姣婧;吴旭;龙翔;刘美丽;黄鑫威;庞驰;孙奇因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

锂硫电池的容量保持率要求与硫正极结构优化研究

锂硫电池的容量保持率要求与硫正极结构优化研究

锂硫电池的容量保持率要求与硫正极结构优化研究锂硫电池是一种新型的高能量密度电池,具有较高的理论比容量和能量密度,被广泛认为是下一代电池技术的发展方向。

然而,锂硫电池在实际应用中存在容量衰减快、循环不稳定等问题,限制了其在商业化应用中的推广。

为了克服这些问题,研究人员一直在积极寻找提高锂硫电池容量保持率的方法,并对硫正极结构进行了优化研究。

首先,提高锂硫电池容量保持率的方法有很多。

一种常见的方法是在硫正极材料中加入导电剂,如碳纳米管、石墨烯等,以提高电极的导电性能,减少电化学反应的阻抗,使电池循环稳定性更好。

另一种方法是构建硫正极材料的复合结构,如硫/碳复合材料、硫/二氧化硅复合材料等。

这些复合结构可以提高硫正极材料的稳定性和电化学性能,从而延长锂硫电池的寿命。

其次,硫正极结构的优化研究对于提高锂硫电池的性能也非常重要。

传统的硫正极结构是由硫粉末组成的,但这种结构存在一些问题,如硫的极化现象、体积膨胀等,导致硫正极材料的容量衰减快。

因此,研究人员开始探索新的硫正极结构。

例如,一种常见的结构是硫多孔碳包覆结构,通过将硫包裹在多孔碳材料中,可以有效提高电极的电导率和稳定性,减缓硫的极化现象。

另一种结构是硫/碳复合材料,通过将硫粉末与碳纳米管等导电材料复合,可以提高硫正极材料的电化学性能和稳定性。

总之,锂硫电池的容量保持率是影响其商业化应用的关键因素之一。

通过添加导电剂、构建硫正极材料的复合结构和优化硫正极结构等方法,可以显著提高锂硫电池的容量保持率,延长其使用寿命,促进其在电动汽车、能源储存等领域的应用。

未来,随着研究的深入,相信锂硫电池的容量保持率会进一步提高,推动其商业化进程。

在锂硫电池中,硫正极是决定电池性能的关键因素之一。

然而,硫正极在充放电过程中会出现体积膨胀和溶解的问题,导致电池容量衰减快。

因此,研究人员一直致力于优化硫正极结构,以提高锂硫电池的循环寿命和容量保持率。

一种常见的硫正极结构是硫/碳复合材料。

锂硫电池正极材料的改性研究

锂硫电池正极材料的改性研究

锂硫电池正极材料的改性研究随着能源危机的日益严重和环保意识的兴起,锂硫电池作为一种绿色能源储存技术备受瞩目。

在锂硫电池中,正极材料起到储存和释放锂离子的关键作用。

然而,锂硫电池的商业化应用还面临着一系列挑战,如容量衰减、低导电性以及多相界面问题等。

因此,对锂硫电池正极材料进行改性研究成为解决这些问题的重要途径。

一、改性方法及原理1.纳米材料改性纳米材料的加入能够形成与硫相容的微观结构,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。

目前,常见的纳米改性方法包括球磨法、气相沉积法、溶剂热法等。

例如,通过球磨法可以得到具有均匀分散的锂硫复合纳米材料,提高其电化学性能。

2.碳材料改性碳材料作为一种良好的导电材料,可以有效提高锂硫电池的导电性能。

石墨烯、碳纳米管等碳材料的引入,能够提高锂离子在正极材料中的传输速率,降低电阻和极化,提高电池的循环寿命和能量密度。

3.复合改性通过复合不同材料,可以将它们的优点互补,形成性能较好的改性正极材料。

例如,将纳米二氧化钛和聚合物改性的碳材料复合,可以提高锂硫电池的导电性能和循环稳定性。

二、改性材料的性能和应用锂硫电池正极材料的改性能够显著改善电池的性能和稳定性。

首先,改性材料具有更高的硫比容量和倍率性能,从而提高了电池的能量密度。

其次,改性材料能够降低极化和电阻,提高锂离子的迁移速率。

此外,改性材料还能够抑制锂枝晶的生长,减小电池容量的衰减。

改性正极材料的应用潜力巨大。

锂硫电池具有高比能量、低成本和环保等特点,被广泛应用于电动汽车、储能系统和移动设备等领域。

改性正极材料的研究不仅可以提高锂硫电池的性能,还能够推动其在新能源领域的应用。

三、改性研究的挑战和未来展望虽然锂硫电池正极材料的改性研究取得了一些进展,但仍然存在一些挑战。

首先,改性过程需要考虑材料的成本和可扩展性。

其次,改性材料的合成方法和工艺条件需要进一步优化。

最后,改性材料在电池循环寿命和安全性方面仍然存在问题,需要更深入的研究。

锂硫电池硫基正极材料研究进展

锂硫电池硫基正极材料研究进展

锂硫电池硫基正极材料研究进展
田文增;魏敏
【期刊名称】《船电技术》
【年(卷),期】2024(44)1
【摘要】锂硫电池由于具有高理论比能量密度(2600 Wh/kg)、高理论比能量(1675 mAh/g)、原料低廉、环境友好等优点,逐渐成为继锂离子电池之后的又一研究热点。

正极作为组成电池的关键部件,由于穿梭效应所造成的电极腐蚀及多硫化物溶解等现象极大阻碍了锂硫电池的实用化进程。

本文从硫基正极材料改性角度入手,介绍了近年来对于单质硫基复合材料及非溶解机制含硫正极材料的研究进展,包括碳/单质硫复合材料、金属氧化物/单质硫复合材料、硫化碳炔正极材料等。

最后对硫基正极的未来发展方向进行了总结和展望。

【总页数】5页(P64-68)
【作者】田文增;魏敏
【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TM911
【相关文献】
1.锂硫电池硫基碳正极材料的研究进展
2.锂硫电池硫基碳正极材料及其改性研究进展
3.锤式破碎机与辊式破碎机在同型号篦冷机上的应用对比
4.多壁碳纳米管涂层
修饰苘麻基生物碳/硫复合正极材料的制备及对锂硫电池性能的影响5.木质素基碳/硫纳米球复合材料作为高性能锂硫电池正极材料
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

锂硫电池正极材料的研究进展

锂硫电池正极材料的研究进展

锂硫电池正极材料的研究进展摘要:锂硫电池具有高达2600 Wh▪kg-1的理论比能量以及1672 mAh▪g-1的理论比容量,远大于现阶段使用的商业化二次电池,被越来越多人所关注。

本文主要介绍了锂硫电池正极材料的研究进展,从结构调控型碳/硫复合正极材料、非金属元素表面修饰碳/硫复合正极材料、非碳添加剂/硫复合正极材料这三个方面进行说明,以此来突破锂硫电池目前所存在的问题。

关键词:锂硫电池;正极材料锂硫电池由单质硫正极、电解液、隔膜和金属锂负极构成。

反应机理为电化学机理,以硫为正极反应物质,以锂为负极。

在构成锂硫电池的四个部分中,正极具有极为重要的作用。

因此,大量的研究者都希望通过对正极材料的设计来攻克锂硫电池目前主要存在的单质硫导电性差、充放电产物绝缘、中间产物具有穿梭效应与活性物质的体积膨胀等本征问题,从而实现锂硫电池的商业化生产。

依照不同的设计角度,正极材料大体分为以下几类:1.结构调控型碳/硫复合正极材料碳材料广泛存在于自然界中,具有稳定的理化性质。

碳材料的引入可以显著提高正极材料的导电性,并有效缓冲活性物质的体积膨胀,避免了充放电过程中正极电极结构的粉化与脱落。

(1)多孔碳多孔碳是以碳质材料为结构基元组成的具有多孔结构的功能材料。

根据碳材料孔径分布,可以将其分为微孔(孔径小于2 nm)、介孔(孔径在2~50 nm 之间)、大孔(孔径大于50 nm)、和分级孔(具有多种孔道结构)碳材料。

其高孔隙率和高比表面积有利于硫的储存和均匀分布,并且多孔结构对多硫化物溶解和扩散具有抑制作用,有效减缓了“穿梭效应”,提高了电池的电化学性能和稳定性[1]。

(2)分级多孔碳微孔碳具有较高的比表面积,能确保单质硫在导电骨架中的分散和接触,同时其强物理吸附能力可以有效抑制“穿梭效应”。

但是微孔难以负载大量的活性物质,限制了电池整体的能量密度。

介孔碳较微孔碳具有更高的硫负载量,并能有效地缓解充放电过程中的体积膨胀。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

锂硫电池用树脂基多孔碳/硫复合正极材料的研究锂硫电池具有较高理论能论能量密度(2600 Wh/kg)及理论比容量(1675 mA h/g),并且硫正极材料来源丰富、价格低廉和绿色环保,有望识成为新一代的储能体系,具有广阔的应用前景。

但活性物质硫的导电性差、充放电过程中体积变化大以及允放电过程中产生中间产物的可溶解性,导致其低的循环性能和倍率性能,从而限制了锂硫电池的实际应用。

因此,硫正极材料通常与各种具有导电性的碳材料结合起来,提高其电化学性能。

本文通过合成树脂基碳气凝胶材料用作锂硫电池硫正极基体材料,研究不同的孔道结构,特别是微孔结构对硫及多硫化物的束缚作用,在此基础上引入石墨烯纳米片层结构,制备石墨烯/碳气凝胶复合材料,石墨烯能够提供快速的电子通道,同时碳气凝胶可作为储硫的容器。

此外,采用稀土金属氧化物纳米颗粒对树脂基碳气凝胶进行修饰,增强基体材料对多硫化物的化学吸附能力。

具体工作内容如下:(1)采用间苯二酚(R),甲醛(F)为前驱体和碳源,无水碳酸钠(C)作为催化剂在水溶液中进行凝胶,随后进行冷冻干燥并热解形成碳气凝胶。

通过调节催化剂的含量,探讨其对碳气凝胶的形貌,比表面积及孔径分布的影响。

在此基础上,对富含有介孔结构的碳气凝胶,进一步采用KOH进行活化,制备出含有微孔-介孔的分级孔道结构,采用传统的熔融法对复合材料进行灌硫,并对其电化性能进行表征。

研究结果表明:经过KOH活化后的碳材料(A-CAs-4)具有大的比表面(1837.4m2g 1)及大的孔体积(2.276cm3g-1),0.1C(1 C=1675 mA g-1)放电倍率下,首次放电比容量为1260 mAh g-1、在1 C放电倍率下循环500次之后,可逆容量
保持在229 mAh g-1,其电化学性能表现优于所制备的其他材料,归因于其分级多孔结构。

值得一提的是,未经KOH活化而自身富含微孔的碳气凝胶材料的充放电曲线呈观三个平台,额外处于低电压的平台是由于较深微孔中的小分子硫
(S2-4)所引起的。

(2)在间苯二酚和甲醛的聚合过程中引入不同浓度的氧化石墨烯(GO),经过冷冻干燥和碳化之后形成树脂基碳气凝胶/石墨烯复合材料。

氧化石墨烯自身具有丰富的官能团可以作为有机凝胶的形核位点,同时可以作为催化剂使复合材料的形貌发生改变,并影响其孔径分布及比表面积。

经过碳化之后,石墨烯片层可以作为高速的电子通道,同时多孔的碳气凝胶可以作为硫的存储容器。

研究结果表明碳气凝胶/石墨烯(CA/GNs0.1)复合材料的比表面为665.477 m2 g-1,孔体积为0.912 cm3 g-1。

其碳/硫复合材料(CA/GNs0.1/S)材料作为正极材料,在0.1 C倍率下首次放电比容量为1501 mAh g-1,在1 C的倍率下循环100次和500次后比容量还能保持在471 mAh g-1和341 mAh g-1。

(3)采用原位聚合,及随后的热解工艺,制备一系列稀土金属氧化物纳米颗粒(Gd2O3)嵌入碳气凝胶的复合材料
(Gdx-CA),Gd203纳米颗粒(氧化还原电位在1.58 V)可以提供丰富的活性位点,通过化学吸附,束缚大量的活性物质,同时可以给硫及硫化锂(Li2S)提供形核位点。

相比之下碳材料只能通过物理束缚来限制硫及多硫化物,尽管微孔具有强的吸附能力,但开放的结构依然无法有效束缚活性物质。

因此将两者结合能够显著提高硫电极的电化学性能。

电化学性能结果表明,添加Gd203的硫正极表现出更稳定的循环性能及优异
的倍率性能。

尤其是S/Gd2-CA电极,在0.1 C倍率下首次放电比容量为1210 mAh g-1经过50次循环后555 mAh g-1,在1 C的倍率下循环100次和350次后比容量还能保持在317 mAh g-1和233 mAh g-1。

表明稀土氧化物颗粒的加入能够显著提升电池的循环性能,尤其在大倍率放电时尤为明显。

相关文档
最新文档