锂硫电池研究进展 PPT
关于锂硫电池的研究
锂硫电池的研究什么是锂硫电池01锂硫电池是锂电池的一种，截止目前尚处于科研阶段。
锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。
单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。
利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1675m Ah/g 和2600Wh/kg，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容（<150mAh/g）。
工作原理02典型的锂硫电池一般采用单质硫作为正极，金属锂片作为负极，它的反应机理不同于锂离子电池的离子脱嵌机理，而是电化学机理。
锂硫电池以硫为正极反应物质，以锂为负极。
放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。
在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。
根据单位质量的单质硫完全变为S2-所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675 mAh/g，同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860 mAh/g。
锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂（Li2S）时。
相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600 Wh/kg。
面临的困难03然而，如今的锂硫电池距离工业化、商业化仍需克服以下几个困难。
01单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10-30S·cm-1)，反应的最终产物Li2S2和Li2S 也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能。
02锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中,增加电解液的黏度，降低离子导电性。
多硫离子能在正负极之间迁移，导致活性物质损失和电能的浪费。
（Shuttle效应）。
溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极,与负极反应,破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。
03锂硫电池的最终放电产物Li2Sn(n=1~2)电子绝缘且不溶于电解液,沉积在导电骨架的表面;部分硫化锂脱离导电骨架,无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物,造成了容量的极大衰减。
高性能锂硫电池材料研究进展
第 2 /3 期
梁 宵等 高性能锂硫电池材料的研究进展
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7 Conclusion and outlook
当 前 通 讯 、便 携 式 电 子 设 备 、电 动 汽 车 和 空 间 技 术等方面的迅猛发 展，对 电 池 的 性 能 提 出 了 越 来 越 高 的 要 求 ，发 展 具 有 高 比 能 量 、低 成 本 和 环 境 友 好 的 新型锂离子二次电池具有非常重要的意义。在锂离 子二次电池体系中，正 极 材 料 一 直 是 制 约 电 池 发 展 的 瓶 颈 ，其 价 格 、比 容 量 和 循 环 性 能 都 需 要 进 一 步 优 化。传统的过渡金属氧化物基正极 材 料 如 LiCoO2 、 LiNiO2 和 LiMn2 O4 等 由 于 其 理 论 储 锂 容 量 的 限 制 （ 见表 1） ，对这 些 过 渡 金 属 氧 化 物 基 正 极 材 料 进 行 组成和工艺的改进难以使锂电池在能量密度上取得 突破 性 进 展。因 此，新 的 高 能 量 密 度、长 循 环 寿 命、 低成本的储能材料的开发尤为重要。其中单质硫具 有最高的比容 量，在 Li / S 电 池 中，假 设 正 极 的 硫 完 全反 应 生 成 Li2 S，即 发 生 电 池 反 应 （ S + 2Li = Li2 S） ，相应的正 极 理 论 比 容 量 为1 675 mAh / g，理 论 比能量为2 600 Wh / Kg，开 路 电 压 为 2. 2V［1，2］，硫 和 锂的反应具有可 逆 性。 此 外，单 质 硫 还 具 有 自 然 界 储量丰富、低毒性、价 格 低 廉 等 优 点［3］，因 此 单 质 硫 是一种 非 常 有 吸 引 力 的 二 次 锂 电 池 的 正 极 活 性 物质。
锂硫电池研究进展(课堂PPT)课件
课题背景及意义
锂硫电池：成本低、环境友好、材料来源充足、 理论比容量(1675 mAh g- 1 )和比能量(2500 Wh kg- 1)大
4
课题背景及意义
Li/S电池主要结构
5
存在问题： 1 、S的绝缘性。 2、多硫化物溶解造成活 性物质流失和Li负极的活 性降低，从而导致循环寿 命降低。 3 、S在放电过程中体积发 生膨胀，使结构稳定性发 生破坏。
11
国内外研究现状
4 采用全固态结构电池
国内外研究现状
5 采用电化学控制的测试手段
国内外研究现状
6 改进电池其他结构
国内外研究现状
通过对这些文献的分析发现一个普遍的问题，就是 大多研究只追求了高的放电比容量和长的循环寿命， 而忽视了电池材料硫含量和极片硫载量 (“双低”问题 )。
15
Thank You !
主要内容
1
课题背景及意义
2
国内外研究现状
3
目的内容及方
案
4 方案依据及已经取得的进展
1
课题背景及意义
在强大的社会发展需求推动下,锂二次电池技术不断向高能量
密度、高功率密度、和长循环寿命等几个方向发展
输出电压高
能量密度高
使用寿命长
锂离子 电池
自放电率低
环境友好
易携带
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
课题背景及意义
目前己商品化的锂离子电池的能量密度已达150-200 Wh/kg。但受到LiCoO2,LiMn204和LiFeP04等传统正 极材料和碳负极材料自身理论容量的限制,很难进一 步提升其能量密度。
9
国内外研究现状
v3纳米线导电网络
也有以带孔的碳纳米线为载体合成的正 极活性材料。具体方法是将溴化十六烷 基三甲铵加入HCl之后，再加入 (NH4)2S2O8 ，搅拌，降温到0-5度。形 成吡咯单体纳米线 10 干燥后600度热处
锂硫电池正极的研究进展 精选文档
各种材料的SEM图
对MWCNT进行表面处理改善S 与MWCNT的接触，进而提高 复合材料中活性物质的利用率 和提高导电性。
Chen et al, Electrochimica Acta 55 (2019) 8062 –8066
S/MWCNT复合正极材料
Nano S + AC
1150mAh g -1 1270mAh g -1
MWCNT 担载硫复合材料为正极的电池初始性能和循环性能均优于纳米 S和活性 碳混合，而且显 结构， HNO 3处理后的碳纳米管为硫提供更多吸附位，降低了多硫离子的溶解。
高孔率碳-硫复合正极材料
TEM of HPC
PAN与碳酸钠750℃高温 下得到高孔率碳HPC
Seminar II
锂硫电池正极的研究
报告内容
? 研究背景
? 高比能量电池的需求 ? 锂硫电池基本原理 ? 锂硫电池的优点及存在的问题
? 锂硫电池正极的研究进展
? 硫/碳材料复合电极 ? 硫/导电聚合物复合电极 ? 新结构体系中的正极材料
? 锂硫电池及其正极的展望
高能电池的需求
CO2排放
零排放
污染物排 放
? Discharge and charge: 0.1C (0.4mA/cm2) Cutoff voltage: 1.7V, 2.5V
Ultilization of S: 1st cycle: 50% (710 mAh/g) 50th cycle :16% (230 mAh/g) S loss was seen clearly
无明显变化
HPC+57 wt% S
HPC
24.4 m 2/g
TEM of HPC
1473.2 m 2/g
锂硫电池PPT课件
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1
锂离子电池不足
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2
锂离子电池不足
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3
锂电池应用
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4
锂离子电池不足
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5
动力电池发展现状
化学体系 负极/正极
理论容量 Ah/kg
氧化钴锂 (Sanyo，
LiC6/LiCoO2
Samsung等)
370/~295
镍基材料 LiC6/LiNixCoyAlz （Johnson Control,Salt）
Electrochimica Acta 55 (2010) 4632–4636
正极：S/PPyA：乙炔黑：LA123(粘结剂)=70:20:10 (wt%) 电解液：1M LiCF3SO3/(DOL:DME=1:1 volume) 性能：首次放电容量1285mAh/g，40圈后放电容量为860mAh/g
<300/~120
~170/120
<300/160
电位 vs Li+/Li 100mV/3.9V
100mV/3.6V
100mV/3.8V
1.5V/3.9V
100mV/3.3V
开路电压 3.9V 3.6V 3.8V 2.4V 3.3V
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锂硫电池
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锂硫电池
2010年7月，Sion Power的锂硫电池则应用于美国无 人驾驶飞机动力源，表现引人注目，无人机白天靠太 阳能电池充电，晚上放电提供动力，创造了连续飞行 14天的纪录
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锂硫电池的不足
• 锂支晶：锂的电化学沉积速率(i0=~8*10-4A/cm2)远大于锂离子的扩散传输 速率(D=~ 4×10-6 cm2·s-1),故锂电极受扩散控制，特征表现为产生锂支晶
《锂离子电池》课件
隔膜
隔膜
要求
位于正负极之间，起到隔离正负极并允许 锂离子通过的作用。
隔膜需具有足够的机械强度、化学稳定性 好、孔径合适等特点。
功能
发展趋势
隔膜的性能对电池的安全性、内阻和循环 寿命具有重要影响。
开发新型隔膜材料以提高电池性能和安全 性是未来的研究方向。
03
锂离子电池的充放电性 能
充放电曲线
充放电曲线
容量与能量密度的影响因素
分析影响锂离子电池容量和能量密度的因素，如电极材料 、电解质等。
04
锂离子电池的安全性能 与维护
锂离子电池的安全问题
过充
当电池充电过度时，正极材料会 释放出氧气，通过电解液与负极 发生反应，导致电池内部温度和 压力升高，可能引发燃烧或爆炸
。
过放
过度放电会导致负极过渡金属锂 形成锂枝晶，刺穿隔膜，造成电 池短路，可能引发燃烧或爆炸。
温度过高
在高温环境下，锂离子电池内部 的化学反应速率会增加，可能导 致电池内部温度升高，引发燃烧
或爆炸。
锂离子电池的安全防护措施
01
02
03
安装保护电路
保护电路可以防止电池过 充和过放，避免电池内部 温度和压力升高。
使用安全材料
选用安全系数高的正负极 材料、电解液和隔膜等材 料，提高电池的安全性能 。
控制使用温度
避免在高温环境下使用锂 离子电池，可以降低电池 内部温度升高的风险。
锂离子电池的保养与维护
定期检查
定期检查电池的外观、电 压和电流等参数，及时发 现和处理问题。
控制充电次数
避免频繁充电和放电，按 照厂家推荐的充电次数进 行充电。
储存环境
锂离子电池应存放在干燥 、阴凉、通风良好的地方 ，避免阳光直射和高温环 境。
锂硫电池简介及其复合隔膜研究进展ppt幻灯片
无机物修饰 黑磷（Black-Phosphorus）
J. Sun, Y. Sun, M. Pasta, G. Zhou, Y. Li, W. Liu, F. Xiong, Y. Cui, Advanced Materials, 28 (2016) 9797-9803.
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复合材料修饰 PVDF-C
H. Wei, J. Ma, B. Li, Y. Zuo, D. Xia, ACS Applied Materials & Interfaces, 6 (2014) 20276-20281.
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复合材料修饰 PVDF-C
.
复合材料修饰
微孔碳/聚乙二醇（MPC/PEG）
S.H. Chung, A. Manthiram, Advanced Materials, 26 (2014) 7352-7357.
碳材料修饰 石墨烯（Graphene）
G. Zhou, S. Pei, L. Li, D.W. Wang, S. Wang, K. Huang, L.C. Yin, F. Li, H.M. Cheng, Advanced Materials, 26 (2014) 625-631.
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聚合物修饰（Nafion-全氟磺酸酯）
◆导电性和多硫化物的阻隔性应是商业化Li-S电池复合膜的关键考虑因素。 ◆采用物理或化学方法阻隔多硫化物的功能材料涂覆旨在拦截、吸收和捕获 这些多硫化物。 ◆导电涂层应有较高的导电性并且具备多孔的孔道结构从而有利于电子、 Li+ 和重新激活被困的活性物质的电解液的传输。 ◆通过不同的制备工艺来提高轻质涂覆层与基膜的粘附力，比如流延法、真 空过滤、旋涂、丝网印刷等技术。 ◆单独的陶瓷或者聚合物涂覆由于涂层本身导电性差而不利于电子的高效转 移，而结合导电碳与功能陶瓷或聚合物作为复合涂层可提高循环稳定性。 ◆未来的Li-S电池涂覆膜应该有合适的孔道结构、轻质、额外的物理和化学 性能，其在提高Li-S电池性能方面可能会占据主导地位。
锂-硫电池研究现状及展望
CKC 锂"硫电池的主要电极反应如下 负极反应 !>)%<%!0%?%!>) %% 正极反应 A%B%!0%B%!>) %?%>)!A 总反应 A%B%!>)%?%>)!A
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电
化
学
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的进行会逐步扩散出正极区域 穿过隔膜到达负 极区 在锂片表面生成不导电的短链的硫化物 +% 在 充电的时候 一部分硫化锂会迁移回正极区域 进 而被电化学氧化形成硫单质 +% 这个过程叫做 穿梭 效应 +%锂( 硫电池中的 穿梭效应 会导致正极活性 物质在循环过程中损失 最终导致电池容量较快 的衰减+%此外 穿梭效应 的存在也导致了锂) 硫电 池库伦效率低下 +% 这也是一 个严重制约 着锂 * 硫电 池的应用的因素之一&G'+
类的电解液中 这部分溶解的多硫化物随着放电
锂负极
锂/ 硫电池的负极用的是金属锂负极 +% 因此 随 着循环的进行金属锂负极会产生锂枝晶 + 锂枝晶会 刺破隔膜 造成电池短路 引起严重的安全隐患 +% 此外 从正极扩散出来的不导电的短链硫化物会 在金属锂负极沉积 导致电池容量衰减 电池的内 阻 增 大 极 化 增 大 +% 因 此 锂 负 极 方 面 需 要 考 虑 如 何保护金属锂负极或者替换金属锂负极&I<G'+ 针对以上问题 近期的研究工作主要集中于 合成新的碳硫复合物正极 优化电解液 开发新的 复合隔膜以及设计基于硫化锂正极的锂离子硫电 池 +% 作 者 将 结 合 本 课 题 组 研 究 成 果 分 别 就 这 几 方 面近年的研究进展进行介绍+
锂离子液流电池PPT资料(正式版)
• 电极活性颗粒和导电剂颗粒在电解液中受重力、 浮力和粘滞阻力的作用发生运动，其运动表示为
vt
2(*)gr2 9
• 为了形成稳定的悬浮液，必须使微粒保持静态
电极悬浮液比容量
• 电极悬浮液的比容量决定了锂离子液流电池的能 量密度，是锂离子液流电池电极悬浮液的重要性 能指标
• 电极悬浮液的综合能量密度表示为
对负极颗粒表面沉积 铜、银、镍、锌或其氧 化物等，能够有效改善 电极粒子间的接触状况 ，提高电极颗粒的电导 率，同时降低 SEI 膜的 影响，改善倍率性能
未来展望
方向和目标 大规模、高效率
低成本、长寿命
道路和手段 关键材料的规模化生产技术开发
实现关键材料的国产化以降低成本 开展应用示范
谢谢观看
• 中国科学院电工研究所于 年底开始锂离 子液流电池技术的研究
• 电极悬浮液的导电性、悬浮性和比容量是 锂离子液流电池重要的性能指标
电极悬浮液的导电性
• 电极悬浮液的电导率直接影响电池的充放 电性能，较小的电导率会使电池极化增大
• 当电池有电流通过，使电极偏离了平衡电
极电位的现象，称为电极极化
电极悬浮液的悬浮性
锂离子液流电池
锂离子 电池
液流 电池
锂离子液流电池
锂离子液流电池
是综合了锂离子电池和液流电池的 优点，是一种输出功率和储能容量彼 此独立、能量密度大、成本较低的新 型绿色可充电池。
锂离子电池
正极充放电时反应：
LiF 4 L e （ 1 P x ） iFO e 4 x P L O xie
目前有以
斯坦福大学----无隔膜锂硫液流电池
电极悬浮液的电导率直接影响电池的充放电性能，较小的电导率会使电池极化增大
锂硫电池关键材料研究进展与展望
第23卷第2/3期2011年3月化 学 进 展PROGRESS IN CHEMISTRYVol.23No.2/3 Mar.,2011 收稿:2010年11月,收修改稿:2010年12月 ∗Corresponding author e⁃mail:qfdong@锂硫电池关键材料研究进展与展望董全峰∗ 王 翀 郑明森(厦门大学化学化工学院化学系固体表面物理化学国家重点实验室 厦门361005)摘 要 锂硫电池是一类极具发展前景的高容量储能体系。
通过近10年的研究和开发,人们对这一体系的了解不断深入。
虽然对其电化学过程中的复杂反应机理尚没有完整系统的理论描述,但是围绕正极材料的研究工作仍取得了很多成果,这为我们深入了解该体系的复杂性提供了诸多素材。
本文回顾了过去10年间在该领域取得的成果,从锂硫电化学体系、正极材料、电解质、电极结构和基于锂硫电池反应的新体系几个方面展开,结合本实验室的研究工作,介绍了锂硫电池的研究现状,分析了该体系的缺陷和存在的问题,并展望了今后的发展方向和前景。
关键词 锂硫电池 正极材料 复合材料 电化学性能中图分类号:O646;TM912.9 文献标识码:A 文章编号:1005⁃281X(2011)02/3⁃0533⁃07Research Progress and Prospects of Lithium Sulfur BatteriesDong Quanfeng ∗ Wang Chong Zheng Mingsen(State Key Lab of Physical Chemistry of Solid Surfaces,Department of Chemistry,College of Chemistryand Chemical Engineering,Xiamen University,Xiamen 361005,China)Abstract Lithium sulfur battery is a high capacity energy storage system with very bright future,and it isconsidered as the next generation portable energy supply device for electronic vehicle (EV)and hybrid vehicle (HEV ).Through decades of research and development,people understand this system stepwisely.The electrochemistry of sulfur cathode is very complex and hard to be examined,which is the key point to develop lithium sulfur battery.Although there are many unknown mechanisms in the electrochemical process of charge /discharge of the lithium sulfur battery,some achievements have been made on the development of cathode materials which provide various sources to study.Sulfur is an insulating molecular crystal,carbon is added as the additive reagent to improve the electric conductivity in the cathode,sulfur /carbon composite is common as cathode active material in lithium sulfur battery.Ethers and polymers are employed as the components of the electrolytes to coordinate with sulfur cathode.This paper reviews the achievements on lithium sulfur battery in the past decadefrom the respects of lithium sulfur battery system,cathode materials,electrolytes,cathode structure and newsystems based on lithium sulfur battery.The weaknesses are revealed and the future is prospected.Key words lithium sulfur battery;cathode materials;composite materials;electrochemical propertyContents1 Introduction2 Lithium sulfur battery system3 Cathode material of lithium sulfur battery3.1 Organic sulfides3.2 Sulfur /carbon composite4 Electrolytes for lithium sulfur battery5 Cathode structure for lithium sulfur battery6 New system based on lithium sulfur battery·534 ·化 学 进 展第23卷7 Issues and perspectives1 引言经过多年的发展,锂离子电池的生产工艺日趋完善,已成功应用于现代社会生活的各个方面。
基于聚合物电解质固态锂硫电池的研究进展和发展趋势
中图分 类号 ：Ｔ Ｍ９ １ ２
文献标 志码 ：Ａ
文章编号 ：２ ０ ９ ５ — ４ ２ ３ ９（ ２ ０ １ ７ ）０ ３ — ４ ７ ９ — １ ４
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ－ － ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｐｏ ｌ ｙ ｍｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｕｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｓ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｔｅ ｙ ｓ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｅ ｘ ｐ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ
结 了固态聚合物 电解质在 锂硫 电池应用 中所存 在 的问题和 未来的重点发展 方向。
关键 词：锂 硫 电池； 固态 电解质 ；离子电导率 ；锂枝 晶；多硫化物
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ２ ０ ２ ８ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ — ４ ２ ３ ９ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ０ ２ ５
ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｂ ｒ ｉ ｅ ｆ ｒ ｅ ｖ ｉ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｌ ｐ ｏ ｌ ｙ ｍｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ． ａ ｌ １ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ
锂离子电池背景介绍及研究进展.ppt
3. Cathode performance
Fig. 2. Plateau voltage and capacity (see Fig. 1) for LiFePO4 [123,153–162] and LiCoO2 [163–167] with a charging voltage of 4.2V and discharge current of 1C.
• (3) substituting Li or Ti by other metal cations, such as Cr3+,
V5+, Mn4+, Fe3+, Al3+, Co3+, Ta5+, Cu2+;
Nb
No investigation was reported on the electrochemical characteristics of Nb-doped Li4Ti5O12 as an anode material.
The decrease in capacity with increasing discharge current is
generally smaller for LiCoO2 than for Li(Ni,Mn,Co)O2.
Fig. 8. Discharge capacity of LiFePO4 as a function of discharge rate.
0.1C.
The capacity of Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 increases more than that of LiCoO2, suggesting that the kinetics of charge transfer and/or mass transport are slower in Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 than in LiCoO2.
聚多巴胺亲水改性 -锂硫电池PPT课件
2019/10/22
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Experimental
• S:AB=6:4 300r/h球磨 2h
• put it into a PTFE container filled with argon S/AB
• container was heated at 155 °C for 12 h
composite
• cooled down to room temperature
slightly lower than the aforementioned results. In addition, two
2019/10/22
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Results
It can be seen that only the peak of C1s can be observed,
while for the PDA modified seperator, two additional peaks attributed to N1s and O1s appear at 400.4 and 532.7 eV, respectively, indicating that PDA coating layer is generated on the surface of seperator to produce a hydrophilic seperator
2019/10/22
5
Results
• It can be observed from Fig. 1 that the weight loss of the composite begin from about 150 °C, and finished over 400 °C, due to evaporation of sulfur from the meso/micropores of the host carbon.
锂硫电池ppt精选课件
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精选ppt课件2021
19
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。
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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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• （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
上海理工大学
1
锂硫电池
精选ppt课件2021
2
精选ppt课件2021
4
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。
锂硫电池的研发现状及前景预测
Fix S with C-S covalent bond
固硫性能不断提高，但是导电性能下降、成本增加。 Sulfur control performance increased, but e- resistance and cost increased. 12
（1）高性能正极硫载体的研究开发
R&D of high performance sulfur host in cathode
S in C pores
Commercial adoptable
Method: S Blend with C Absorb S with
Absorb sulfur
Function: e- network
capillary force Store S
with Van Der
of pores
within C shell vaal force
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高比能量电池是高性能电动设备发展的核心
High energy density battery is the kernel of electric equipment
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空 Sky
电动汽车 E-car 分布式发电 Distribute generation
无人飞机 Unmanned plane
发展指南（2015-2020年）
2015年10月9日
重要战略举措。
国务院办公厅 2012年6月
节能与新能源汽车产业发 展规划（2012—2020）
重点开展动力电池系统安全性、可靠性研究和轻量化设 计。到2020年，动力电池模块比能量达到300瓦时/公 斤以上，成本降至1.5元/瓦时以下。
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Discharge time at rated power
锂硫电池关键材料改性的研究进展_李红
作者简介:李 红(1987-),男,江西人,天津大学化工学院硕士生,研究方向:化学电源;徐 强(1967-),男,天津人,天津大学化工学院副教授,研究方向:化学电源,本文联系人;余劲鹏(1982-),男,武汉人,中国电子科技集团公司第十八研究所工程师,研究方向:化学电源;桑 林(1983-),男,山西人,中国电子科技集团公司第十八研究所助理工程师,研究方向:化学电源。
·综 述·锂硫电池关键材料改性的研究进展李 红1,2,徐 强1,余劲鹏1,2,桑 林2(1.天津大学化工学院,天津 300072;2.中国电子科技集团公司第十八研究所,天津 300381)摘要:综述了锂硫电池关键材料改性研究进展,重点对硫正极、电解质和锂负极等3个方面的改性进行了介绍,展望了锂硫电池的研究重点。
关键词:锂硫电池; 硫正极; 电解液; 锂负极; 改性中图分类号:T M 912.9 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2012)03-0160-04Research progress in modification of key materials for lithium -sulfur batteryLI Hong 1,2,XU Qiang 1,YU Jin -peng 1,2,SANG Lin 2(1.Scho ol of Chemical Engineer and T echnology ,T ianjin University ,Tianjin 300072,China ;2.T he 18th Research I nstitute ,China Electronics T echnology Group Corporation ,Tianjin 300381,China )Abstract :Research progress in modificatio n of key materials for lithium -sulfur battery w as introduced .T he modification of cathode materials ,electrolyte and lithium anode were emphatically review ed .T he research focus of lithium -sulfur battery was prospected .Key words :lithium -sulfur battery ; sulfur ca thode ; electroly te ; lithium anode ; modification 单质硫的理论比容量为1675mAh /g ,相比于锂离子电池的常见正极材料(见表1),来源丰富、价格便宜且对环境友好,与金属锂组成锂硫电池,理论比能量达2600Wh /kg ,相当于锂离子电池的5倍。
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国内外研究现状
❖1 多孔碳(提供导电骨架，限制多硫化物溶解) nazzer在09年首先打破多年的技术瓶颈，通过纳 米铸造法以SBA-15作为硬模板合成了CMK-3。用 PEG包覆之后首次电容增加到1320mA h g-1。200 圈循环之后稳定在1,100 mA h g-1。
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国内外研究现状
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5 采用电化学控制的测试手段
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国内外研究现状
6 改进电池其他结构
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国内外研究现状
通过对这些文献的分析发现一个普遍的问题，就 是大多研究只追求了高的放电比容量和长的循环 寿命，而忽视了电池材料硫含量和极片硫载量 (“双低”问题)。
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❖ 另外还有将纳米线外包覆聚苯胺，然后热处理得到氮 掺杂多孔碳包覆的纳米线，然后渗硫的正极材料初始 电容为1170 mAh g-1，200圈后可逆容量为590 mAh g-1 （0.5 C）。合成方法繁琐不易控制循环寿命短
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国内外研究现状
4 采用全固态结构电池
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也有以带孔的碳纳米线为载体合成的正极活性材料。具 体方法是将溴化十六烷基三甲铵加入HCl之后，再加入 (NH4)2S2O8，搅拌，降温到0-5度。形成吡咯单体纳米线。 干燥后600度热处理，然后用NaOH活化成多孔状渗硫。 在电流密度0.2C，180圈循环后比容量保持在 749.8 mAh g−1在高电流密度1 C循环200圈仍保持 666.0 mAh g−1。
除了热处理渗硫和化学方法渗硫以外，还有一种以 H2S为S源的方法：孙福很等先以氧化硅为模板包覆含 氮的碳源，热处理后再刻蚀掉SiO2,得到富氮介孔碳， 在通入H2S气体。 1172 mAh g-1左右，100圈后的可逆 容量为 874 mAh g-1，库伦效率为97%。
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❖ 2核壳结构(起到对多硫离子限域作用) 以石墨烯包覆S颗粒：以聚乙二醇（PEG）修饰硫，然后 用一种更加温和的负载了炭黑的GO包覆在其表面，然后 冷冻干燥。即得到正极材料。100圈以后得到电容为600以 上。未考虑到体积膨胀的问题
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课题背景及意义
锂硫电池：成本低、环境友好、材料来源充足、 理论比容量（1675 mAh g-1 ）和比能量（2500 Wh kg-1）大
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课题背景及意义Li/S电池主要结构 Nhomakorabea5
存在问题： 1、S的绝缘性。 2、多硫化物溶解造成活 性物质流失和Li负极的活 性降低，从而导致循环寿 命降低。 3、S在放电过程中体积发 生膨胀，使结构稳定性发 生破坏。
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主要内容
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课题背景及意义
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国内外研究现状
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目的内容及方案
4 方案依据及已经取得的进展
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课题背景及意义
在强大的社会发展需求推动下,锂二次电池技术不断向高能量 密度、高功率密度、和长循环寿命等几个方向发展
输出电压高
能量密度高
使用寿命长
锂离子 电池
自放电率低
环境友好
易携带
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课题背景及意义
目前己商品化的锂离子电池的能量密度已达150200 Wh/kg。但受到LiCoO2,LiMn204和LiFeP04等 传统正极材料和碳负极材料自身理论容量的限制, 很难进一步提升其能量密度。
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国内外研究现状
❖ 斯坦福大学以TiO2的先驱体包覆S粒子，然后水热处理后， 得到TiO2/S的核壳结构，最后用甲苯溶解掉一部分S，得 到下图的蛋黄壳结构。初始容量和1000圈后的库伦效率是 1,030 mAh g-1(0.5 C) 和98.4%。需参加额外的导电剂
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国内外研究现状
❖ 3纳米线导电网络