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基于过渡金属硫化物锂硫电池硫载体材料的制备及电化学性能研究

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基于过渡金属硫化物锂硫电池硫载体材料的制备及电化学性能研究

作者：于丽杰长春工业大学

学位级别：硕士

化石燃料的枯竭和环境问题的日益严重激发了人们对各种清洁、可再生能源技术的需求和探索。寻求高效、可持续利用、稳定的可储蓄能源无疑是目前新能源领域的研究热点。锂硫电池因能量密度高、成本低、无污染等优点,在电化学储能及转换... 详细信息

化石燃料的枯竭和环境问题的日益严重激发了人们对各种清洁、可再生能源技术的需求和探索。寻求高效、可持续利用、稳定的可储蓄能源无疑是目前新能源领域的研究热点。锂硫电池因能量密度高、成本低、无污染等优点,在电化学储能及转换领域得到了广泛的关注。实验证明合理调控正极的硫含量及利用率,可以有效地优化锂硫电池的电化学性能。因此,锂硫电池中硫载体的设计和制备是改善锂硫电池各性能的关键手段之一。然而,锂硫电池的电化学性能受活性物质硫和硫化锂的电绝缘性、转换过程中的体积变化及反应缓慢等因素制约,致使锂硫电池的商业化困难。因此,合理设计一种高导电硫载体材料来缓冲体积膨胀、吸附多硫化锂(Li PS)、加速催化转化反应动力学是获得高性能锂硫电池的一项重要研究课题。本论文的主要工作为制备过渡金属硫化物作锂硫电池硫载体,具体研究内容如下:(1)采用水热法制备了海胆状前驱体,之后引入硫源和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)进行第二次水热。在水热硫化过程中针状结构转变为片状结构,制得具有丰富介孔的Co S微球。呈放射状的扇形片状结构之间的空隙,可以为多硫化物体积的收缩和膨胀提供缓冲空间。高导电性的Co S可以实现氧化还原过程中快速的电子转移,并有效地吸附Li PS。(2)制备多孔CoMoS微球与片状Co S复合材料作为锂硫电池硫载体材料。其中,CoMoS作为双金属硫化物提供丰富的活性位点催化硫的氧化还原反应,而片状Co S对多硫化物具有强吸附作用。快速的电荷转移能力和增强的氧化还原动力学源于二者相互协同吸附催化多硫化物。构建的CoMoS/Co S/S电极在0.1 C下放电的初始比容量为1080 m Ah g,经过200圈循环后,可逆比容量保持在708 m Ah g。(3)以聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮高聚物和钴钼氧化物的混合溶液作静电纺丝溶液。在高压电场作用下,溶液纺丝形成珠串结构的纤维薄膜。再经过高温硫化热处理,形成碳纤维包裹CoMoS/Mo S纳米球(CMS@CNF)的珠串导电三维网络结构。高温硫化的碳纳米纤维可以实现电子和Li的快速转移。多孔CoMoS/Mo S纳米球(CMS)能显著缓解多硫化物溶解扩散,并催化各种硫化物之间的氧化还原反应。CMS@CNF/S复合材料做锂硫电池硫载体,在1 C电流密度下循环600圈后,每圈容量衰减率仅为0.088%。

关键词：锂硫电池硫载体过渡金属硫化物穿梭效应催化

聚酰亚胺COFs硫载体的设计制备及其在锂硫电池中的性能研究

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聚酰亚胺COFs硫载体的设计制备及其在锂硫电池中的性能研究

作者：张汝楠山东农业大学

学位级别：硕士

锂硫(Li-S)电池由于理论能量密度高(2600 Wh kg),近年来被认为是一种极具发展前景的储能设备。然而,由于硫的导电性差、中间体多硫化物的体积膨胀、溶解和穿梭效应等问题,导致锂硫电池库仑效率变低,循环性能变差,严重制约了锂硫电池的... 详细信息

锂硫(Li-S)电池由于理论能量密度高(2600 Wh kg),近年来被认为是一种极具发展前景的储能设备。然而,由于硫的导电性差、中间体多硫化物的体积膨胀、溶解和穿梭效应等问题,导致锂硫电池库仑效率变低,循环性能变差,严重制约了锂硫电池的实际应用。共价有机骨架(COFs)因其可设计性强等优点,在有效抑制穿梭效应、提高锂硫电池稳定性的方面展现出良好的潜力。但是目前大多数报道的COFs不具有储锂功能且导电性不佳,作为非氧化还原活性硫载体,无法贡献容量。针对上述问题,本论文从分子设计出发,选用TATP、T4A、NDA、PMDA作为单体制备兼具有效抑制穿梭效应和氧化还原活性的聚酰亚胺基COFs硫载体,系统地探究了这些正极材料的结构与性能的关系。主要研究内容如下:(1)设计合成兼具抑制穿梭效应和贡献容量功能的COFs活性硫载体。利用均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4’,4’’-三氨基三苯胺(T4A)通过溶剂热法制备T4A-PMDA-COF。研究结果表明,T4A-PMDA-COF在锂硫电池充放电电压范围内具有两对氧化还原峰,具有良好的氧化还原性能。更重要的是,T4A-PMDA-COF在0.1 C放电容量可达95.8 m Ah g。将其作为活性硫载体通过熔融混硫,制得T4A-PMDA-COF/S复合硫正极进行电化学性能测试,测试结果表明,T4A-PMDA-COF/S具有较好的循环稳定性,在1 C时循环150次,容量保持率为80.6%。(2)为了提高COFs硫载体的导电性,利用2,6,14-三氨基三蝶烯(TATP)和1,4,5,8-萘四甲酸酐(NDA)原位缩合生长到CNTs上,制备TATP-NDA COF@CNT活性硫载体。与未加CNTs的TATP-NDA COF相比,CNTs的加入增强了TATP-NDA COF@CNT的电子传输能力,当CNT含量为10%时,电池具有良好的电化学性能。结果表明TATP-NDA COF@CNT具有大量的C=O活性位点,不仅可以抑制多硫化物锂的溶解,而且可以在充放电过程中形成C-O-Li存储锂贡献容量,促进电极反应中硫的转化。以TATP-NDA COF@CNT-10/S为正极的电池具有良好的循环稳定性和倍率性能,在0.1 C倍率下,充放电循环100次后容量保持率为82.22%,2 C倍率下充放电循环500次之后仍能具有75.03%的初始放电容量,每个循环仅衰减0.05%。(3)采用1,4,5,8-萘四甲酸酐(NDA)和4,4’4’’-三氨基三苯胺(T4A)在CNTs上原位合成T4A-NDA-COF@CNT,为了暴露COFs中更多的活性位点,采用球磨剥离T4A-NDA-COF@CNT的方法制备E-T4A-NDA-COF@CNT。研究结果表明,与未剥离的相比,剥离后的E-T4A-NDA-COF@CNT直径变小且具有更高的比表面积,有利于Li的扩散传输和抑制穿梭效应。其中E-T4A-NDA-COF@CNT-20在0.1 C时的放电比容量可达113.4m Ah g。进一步的将E-T4A-NDA-COF@CNT-20作为活性硫载体负载硫,所得电池具有最佳的循环性能。具体而言,在1 C倍率下,E-T4A-NDA-COF@CNT-20/S正极首周容量可以达到740.0 m Ah g,随后,在200次充放电循环后,E-T4A-NDA-COF@CNT/S正极仍然具有615.5 m Ah g的比容量,容量保持率为83.18%。本论文设计的氧化还原活性COFs硫宿主,在有效抑制穿梭效应的同时提供容量贡献,进一步提高锂硫电池能量密度,将为新型高能量密度Li-S电池电活性硫宿主的设计提供新思路,为氧化还原活性COFs提供新的应用,具有潜在的应用价值。

关键词： COFs 聚酰亚胺锂硫电池硫载体

氮化钒纳米材料的制备及其锂-硫电池电化学性能研究

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氮化钒纳米材料的制备及其锂-硫电池电化学性能研究

作者：李春如青岛科技大学

学位级别：硕士

硫作储能锂基电池正极材料时理论比容量高,环境污染小,价格较低,在下一代锂电池中,是非常具有发展前景的正极材料之一。然而,锂-硫电池中的硫单质和多硫化物等物质的导电性比较低,多硫化物在电解液中溶解并发生穿梭效应,硫充放电时的体... 详细信息

硫作储能锂基电池正极材料时理论比容量高,环境污染小,价格较低,在下一代锂电池中,是非常具有发展前景的正极材料之一。然而,锂-硫电池中的硫单质和多硫化物等物质的导电性比较低,多硫化物在电解液中溶解并发生穿梭效应,硫充放电时的体积变化影响极片结构等问题,使锂-硫电池的循环性能较低。本文围绕多硫化物穿梭效应导致的低循环寿命问题,设计并制备了不同结构的氮化钒复合材料,应用于锂-硫电池时其循环性能明显提高。主要工作如下:(1)花状氮掺杂碳-氮化钒纳米片的制备及其锂-硫电池的电化学性能研究。通过水热法制备了花状聚苯胺氧化钒纳米材料,再利用双氰胺为氮源氮化处理,最终得到花状氮掺杂碳-氮化钒纳米片。首先,将花状聚苯胺氧化钒纳米片制备成负载0.7 mg cm硫的正极极片,其锂-硫电池在0.2 C的电流密度条件下,100圈循环后比容量还有511.3 mAh g。其次,花状氮掺杂碳-氮化钒纳米片材料作为锂-硫电池隔膜涂层,使用1.2 mg cm较高硫载量的碳纳米管与硫复合正极,在0.2 C的条件下,其锂-硫电池100圈循环充放电后仍然有654.1 mAh g的比容量。最后,通过改变高温和氮化处理条件制备了不同钒化合物,制备成隔膜涂层后制备锂-硫电池。700°C氮化处理1 h的氮化钒复合材料,其锂-硫电池正极硫负载0.7 mg cm时,可以实现0.2 C电流密度下500次以上的长循环,仍保持504.0 mAh g的比容量。(2)氮化钒与碳纳米管复合材料及其锂-硫电池的电化学性能研究。使用碳纳米管作为结构前驱体,将溶液中的钒氧离子利用表面活性剂连接到碳纳米管表面,用双氰胺高温氮化获得氮化钒与碳纳米管复合材料。该材料用作硫载体时,0.2 C的电流密度,其极片载硫量在1.0 mg cm时,使用60μL电解液的电池100次循环后还有378.1 mAh g的比容量,而使用40μL电解液的电池100圈后还有512.1mAh g的比容量。此外,氮化钒与碳纳米管复合材料分别负载80%、70%、60%的质量分数的硫,其锂-硫电池前20次循环过程中,每圈分别衰减了2.10%、1.68%、1.57%的比容量。实验结果说明,适当降低电池电解液和材料硫负载含量,可以降低锂-硫电池充放电过程中的容量衰减,提高其电池循环稳定性。

关键词：锂-硫电池硫载体氮化钒正极隔膜涂层

用于锂硫电池正极催化的硒化钴复合材料的制备及电化学性能研究

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用于锂硫电池正极催化的硒化钴复合材料的制备及电化学性能研究

作者：张安洲山东大学

学位级别：硕士

锂硫电池因其具有出色的能量密度、环境友好和价格低廉等优势,是具有较大发展潜力的新体系二次电池。然而,锂硫电池的大范围应用仍面临着一些严峻的挑战。首先,在电池运行过程中,缓慢的硫转化动力学造成大量多硫化物溶解,引发严重的穿... 详细信息

锂硫电池因其具有出色的能量密度、环境友好和价格低廉等优势,是具有较大发展潜力的新体系二次电池。然而,锂硫电池的大范围应用仍面临着一些严峻的挑战。首先,在电池运行过程中,缓慢的硫转化动力学造成大量多硫化物溶解,引发严重的穿梭效应,导致容量衰减,库仑效率低。其次,硫转化为Li2S后体积变化较大,造成电极结构坍塌,电池的电化学性能衰减。最后,硫/多硫化锂/Li2S具有较低的电导率从而造成电子传导性差,硫利用率低。为了克服上述问题,科研人员对硫基材料的正极结构设计进行广泛而深入的研究。可通过将不同形式的碳材料作为电极的基体进行物理固硫,同时增加活性物质硫的导电性。此外,也可添加极性材料对多硫化锂进行化学吸附固硫。近期的研究通过添加正极催化材料,加快了活性物质硫的氧化还原反应动力学,进一步提高了电池的电化学性能。结合已有的相关报道,本文重点研究了基于硒化钴（CoSe2）的锂硫电池正极复合催化材料。CoSe2作为一种过渡金属硒化物半导体,储量丰富、化学合成简便。本文设计了 CoSe2/碳纳米管复合材料,并将其作为锂硫电池正极催化材料,研究了材料对锂硫电池正极电化学性能的影响。首先,通过简单的溶剂热法在羧基化碳纳米管上生长了一层四氧化三钴（Co3O4）纳米颗粒,作为制备CoSe2的前驱体。研究了 Co3O4对锂硫电池电化学性能的影响。极性氧化物Co3O4颗粒通过化学吸附实现硫的固定来抑制多硫化锂的溶解和穿梭。但由于其具有低电导率的特性,因此本文研究了 Co3O4含量对正极性能的影响。过量的Co3O4会降低电子传输速率而减慢氧化还原动力学过程,较少则吸附作用不明显。通过优化的Co3O4含量制备的电池具有最佳的电化学性能,其性能远优于普通羧基化碳管样品制备的电池。在0.2 C时,样品的最大比容量为821 mAh g-1,并且在0.5 C倍率下经过200次循环后比容量保留率为81.7%。在以上研究的基础上,以不同Co3O4含量的3个Co3O4/碳纳米管复合材料样品为前驱体,通过于管式炉中进一步硒化煅烧的方法得到了 CoSe2/CNT复合材料。前驱体Co3O4作为CoSe2的合成模板,实现了 CoSe2与碳纳米管的紧密结合以及CoSe2的粒径控制。在此基础上研究了 CoSe2/CNT作为催化材料的正极电化学性能。碳纳米管可以缓解放电过程中硫反应的体积膨胀,而CoSe2则可增加催化活性。CoSe2/CNT通过化学吸附多硫化物和催化氧化还原动力学来缓解多硫化物的穿梭效应,最终复合材料正极的电化学性能得以提高。研究了 CoSe2/CNT中CoSe2含量对正极性能的影响规律。硫正极的电化学性能随着CoSe2的含量增加呈现出先增大再降低的趋势。最优样品的电化学性能高于Co3O4/碳纳米管。电池样品在0.2 C时的最大比容量为954 mAh g-1,并且在0.5 C下经过200次循环后比容量保留率为86.0%。最后在优化后的CoSe2/碳纳米管复合材料基础上进行磷掺杂,研究磷掺杂CoSe2修饰的碳纳米管材料在锂硫电池正极中的催化性能。磷元素掺杂到CoSe2中后,CoSe2由立方相转变为正交相。磷掺杂加快了锂硫电池的氧化还原动力学过程,降低了穿梭效应。磷掺杂材料中的磷含量也对电化学性能有一定影响,掺杂量少对催化性能提高作用有限,过量掺杂也不利于提高催化活性。掺磷量优化后,所组装电池在0.2 C倍率下可获得1266 mAh g-1的比容量,循环稳定性也得到进一步提升,电池在0.5 C倍率下经过200圈循环后容量保留率为92.9%。

关键词：锂硫电池正极 CoSe2 硫载体穿梭效应

功能化层级载硫正极材料的构建及其锂硫电池性能研究

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功能化层级载硫正极材料的构建及其锂硫电池性能研究

作者：孟婷西南大学

学位级别：硕士

随着国家对新能源汽车重视程度的日益加剧,大力发展高效的电池储能系统已经刻不容缓。传统的插入型锂离子电池的正极材料比容量已达到极限,发展空间不足。相比较,新型锂硫电池具有更高的理论能量密度(2600Whkg),加之硫正极材料资源丰富... 详细信息

随着国家对新能源汽车重视程度的日益加剧,大力发展高效的电池储能系统已经刻不容缓。传统的插入型锂离子电池的正极材料比容量已达到极限,发展空间不足。相比较,新型锂硫电池具有更高的理论能量密度(2600Whkg),加之硫正极材料资源丰富,价格低廉,是最有应用发展前景的能量存储系统之一。然而,要真正实现锂硫电池的商业化应用,还需要解决硫正极导电性能差、氧化还原过程中体积膨胀、多硫化物溶解于电解液以及穿梭效应等问题,以改善电池循环稳定性,库伦效率等电化学性能参数。一般地,将活性硫与导电碳材料、金属化合物(氧化物,硫化物,氮化物等)、导电聚合物等基底材料进行复合,以解决上述难题。但是,单一的电极材料往往因某些性能缺陷而不能满足电极的性能要求。为此,科研工作者致力于将不同的电极材料进行复合,通过不同材料之间的协同作用/优势互补来提高锂硫电池的整体性能。本论文针对锂硫电池存在的问题,设计独特的功能化层级纳米复合材料用于负载活性硫。对所得电极进行物理/结构表征和电化学分析,并深入了解各组分之间的相互配合作用。主要研究内容如下:1.结合单质S和Se各自的物化性能优势,设计有效的电池改良方案。采用简单的球磨法和熔融扩散法依次将Se和S注入碳黑(CB)矩阵中得到S/Se@CB前驱体。然后,将薄片状的碱式硝酸镍(NNH,厚度为7 nm)包覆在复合S/Se@CB颗粒表面,得到层级核壳结构的S/Se@CB(?)NNH复合物。高导电性的单质Se不仅有利于提升活性物质的利用率,而且能够参与可逆电化学氧化还原反应,贡献出额外的比容量。同时,外层的NNH保护层在充放电过程中能够使电极材料结构保持完整,并在一定程度上缓解多硫化物/多硒化物溶解于电解液中。将该复合材料用于锂硫电池正极时,其可逆比容量较高,循环性能和倍率性能优异:在0.2 A g的电流密度下,正极可以输出～913 mAh g的比容量;即便在高电流密度5 A g的条件下,仍可实现比容量488 mAh g;经过500次循环后,仍能保留比容量753mAh g。2.采用改进的沉淀法预先合成紫色的金属有机骨架-67(ZIF-67)化合物纳米粒子,再用传统的静电纺丝技术合成ZIF-67@PAN纳米纤维。接着,通过液相硫化反应(硫源:硫代乙酰胺,TAA)和高温热处理过程,将ZIF-67@PAN前驱体转化为三维的空心CoS@CNFs复合物。最后,采用熔融扩散法将S注入到高度膨化的CoS@CNFs内腔中,得到S(?)CoS@CNFs正极材料。具有中空结构的CoS有利于存储S活性物,并承受其充放电过程中引起的体积膨胀。此外,极性CoS的“纳米反应器”能够通过化学吸附作用有效缓解多硫化物的扩散和溶解,提高多硫化物的转换反应动力学。纤维状电极结构有利于电子的长程传输,保证电极能够进行快速的充放电过程。当S(?)CoS@CNFs复合材料用于锂硫电池正极时,在0.1A g时具有1080 mAh g的高比容量;即便在500次循环后,仍能获得比容量891mAh g,每圈的容量损失率仅为0.03%。

关键词：硫载体层级结构协同效应正极/阴极锂硫电池

过渡金属单原子载硫网络的结构设计及电化学性能研究

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过渡金属单原子载硫网络的结构设计及电化学性能研究

作者：筵亚静河北工业大学

学位级别：硕士

锂硫(Li-S)电池由于较高的理论能量密度(2600 Wh Kg)和理论比容量(1675 m Ah g)成为最有潜力的下一代储能系统。然而,多硫化锂的穿梭效应以及缓慢转化过程等问题严重影响了锂硫电池的电化学性能。利用催化材料加快锂硫电池中的缓慢动力... 详细信息

锂硫(Li-S)电池由于较高的理论能量密度(2600 Wh Kg)和理论比容量(1675 m Ah g)成为最有潜力的下一代储能系统。然而,多硫化锂的穿梭效应以及缓慢转化过程等问题严重影响了锂硫电池的电化学性能。利用催化材料加快锂硫电池中的缓慢动力学成为了实现锂硫电池优越性能的有效手段。因此,本文以杂原子掺杂碳为基体材料负载过渡金属单原子作为锂硫电池硫载体,一方面通过物理限制和化学吸附多硫化锂,抑制其穿梭效应;另一方面丰富的单原子活性位点通过催化多硫化锂的转换过程加快锂硫电池缓慢动力学,进一步提高锂硫电池的电化学性能。本文为不同配位结构单原子材料用于锂硫电池提供了思路。论文首先通过理论计算从单原子材料的吸附性能以及电催化性能两方面对8种单原子材料进行筛选。计算结果表明,单原子钴材料具有较低的LiS分解能垒、较大的ICOHP值(晶体轨道哈密顿布居数的积分值)以及对LiS较高的吸附能,表明单原子钴材料具有较高的催化能力以及对多硫化锂的锚定能力,结合成本因素,单原子钴材料被认为是所研究材料中更具潜力的单原子材料。采用浸渍、高温煅烧碳化合成了负载单原子Co的氮掺杂碳(SA-Co/NC)材料,研究单原子的存在对Li-S电池性能的影响。丰富的Co-N活性位点加强了Li-S电池中多硫化锂(Li PSs)的吸附作用,加快Li PSs的转化动力学,而且掺杂的氮原子提高了电极材料的导电性。S@SA-Co/NC显示出更为优异的循环稳定性和倍率性能,在0.2 C倍率下循环100次后的可逆比容量为804 m Ah g,在1 C的倍率下循环500次的可逆比容量依然有643m Ah g。为探究不同配位结构的单原子材料对锂硫电池性能的影响,通过理论计算评估了不同配位结构的单原子Co材料的吸附性能、偏态密度(PDOS)、Li-S催化分解能力等,设计并制备了具有BN配位结构的负载单原子Co的硼氮共掺杂碳(SA-Co/BNC)材料。其中,单原子Co的引入促进了Li PSs的催化转化,抑制穿梭效应,而且B、N共掺杂的碳管可以提高电极的电导率,促进锂离子的迁移。结果表明,S@SA-Co/BNC电极在0.2 C下循环100次后,其可逆比容量为1159 m Ah g,表现出良好的循环稳定性。在1 C下,S@SA-Co/BNC仍能保留884 m Ah g的可逆容量。此外,即使在5 C的倍率下,电极仍能保持698.9 m Ah g的可逆比容量。

关键词：锂硫电池单原子配位结构硫载体催化

石墨烯空心微球的制备及在锂硫电池的应用研究

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石墨烯空心微球的制备及在锂硫电池的应用研究

作者：李鹏宇西南科技大学

学位级别：硕士

锂硫电池因其超的理论能量密度(2600Wh kg),被公认为是一种极具发展前景的二次储能电池。但锂硫电池固有的导电性差、穿梭效应、体积效应、电解液/硫比以及较低载硫量等问制约了锂硫电池的实际应用。本文针对锂硫电池固有问,将石墨烯应... 详细信息

锂硫电池因其超的理论能量密度(2600Wh kg),被公认为是一种极具发展前景的二次储能电池。但锂硫电池固有的导电性差、穿梭效应、体积效应、电解液/硫比以及较低载硫量等问制约了锂硫电池的实际应用。本文针对锂硫电池固有问,将石墨烯应用于锂硫电池隔膜涂层、复合材料硫载体,并同时探究二者在锂硫电池中的协同作用等三个方面开展实研究,提升锂硫电池电化学性能。(1)以纯硫单质作为正极主体材料,引入石墨烯空心球隔膜涂层。石墨烯空心球涂层隔膜对多硫化物具有明显的吸附作用与阻挡作用,能够有效的将多硫化物固定在正极一侧,防止其穿梭至负极与金属锂发生反应而产生穿梭效应。采用石墨烯空心球涂层隔膜的锂硫电池0.2C循环200次后的放电容量为829.6 Ah g,容量保持率为70.76%。穿梭效应的缓解可以提升锂硫电池的库伦效率以及循环稳定性,从而提升锂硫电池电化学性能。(2)以多功能石墨烯/SO复合材料空心球作为硫载体。复合材料硫载体的空心球结构能够缓冲锂硫电池正极活性物质的体积变化,缓解体积效应;空心球的中空结构为实现载硫量提供了空间且石墨烯导电框架可以提升锂硫电池的导电性能;同时,复合材料对多硫化物具有物理与化学双重吸附作用,能够有效固定多硫化物防止其溶解并扩散至电解液中,也可以在一定程度上缓解穿梭效应。采用复合材料硫载体的锂硫电池0.2C循环100次后的放电容量为753.61 Ah g,相比纯硫正极锂硫电池放电容量50.79%。(3)采用多功能石墨烯/SO复合空心球硫载体的基础上同时加入了石墨烯空心球涂层隔膜。多功能硫载体与石墨烯隔膜涂层的协同作用,在提升导电性以及缓解体积效应的同时,能够进一步抑制穿梭效应,从而达到进一步提升锂硫电池电化学性能的目的。电解液对复合材料空心球硫载体与石墨烯空心球隔膜涂层有更好的润湿性,能够提电解液保有量,从而降低电解液用量,有利于提升锂硫电池整体能量密度。同时采用石墨烯空心球涂层隔膜与多功能石墨烯/SO复合空心球硫载体的锂硫电池0.2C循环200次后放电容量为853.97 Ah g,且在5 L g低电解液用量情况下,0.2C次放电容量仍有662.86 Ah g,容量约为10 L g电解液用量的73%。

关键词：锂硫电池石墨烯多硫化物穿梭效应硫载体

锂硫电池过渡金属磷化物复合正极材料研究概述

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有色设备 2023年第1期37卷 5-11页

作者：刘露之黄杰盟赵超李汶交董鹏张英杰王丁锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程研究中心昆明理工大学冶金与能源工程学院云南昆明650093

低碳、环保、高效是21世纪社会发展的主旋律。原材料廉价易得的锂硫(Li-S)电池因其超高能量密度(2500 Wh·kg^(-1))而受到能源转化与储备设备研究者的瞩目。然而,锂硫电池绝缘的活性物质与循环过程中不可避免的穿梭效应导致其反应动力... 详细信息

低碳、环保、高效是21世纪社会发展的主旋律。原材料廉价易得的锂硫(Li-S)电池因其超高能量密度(2500 Wh·kg^(-1))而受到能源转化与储备设备研究者的瞩目。然而,锂硫电池绝缘的活性物质与循环过程中不可避免的穿梭效应导致其反应动力学缓慢,进而造成包括循环倍率能力较差与库伦效率低下在内的诸多问题。研究人员现已发现了具有良好电导率且对多硫化物(LiPSs)具有吸附转化双重能力的过渡金属磷化物(TMPs)。本文将重点介绍运用在锂硫电池正极的不同过渡金属磷化物材料的设计合成方法与电化学性能提升研究相关进展,并对该类材料的未来发展进行展望。

关键词：锂硫电池过渡金属磷化物硫载体正极材料