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电源技术 2024年第8期48卷 1580-1587页

作者：郭德才卢雪米娟赵凡雅刘坤孙蔷中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116041 东北大学辽宁沈阳110819 中国电子科技集团公司第十八研究所天津300384

采用二氧化硅包覆限域碳化的方法,制备N、B共掺杂空心纳米碳球。碳球直径为245 nm,空腔内径为165 nm,比表面积为666 m^(2)/g。与非限域碳化空心碳球对比,限域碳化可以有效扩大碳球空腔直径。以空心碳球为载体制备碳硫复合正极材料,碳球... 详细信息

采用二氧化硅包覆限域碳化的方法,制备N、B共掺杂空心纳米碳球。碳球直径为245 nm,空腔内径为165 nm,比表面积为666 m^(2)/g。与非限域碳化空心碳球对比,限域碳化可以有效扩大碳球空腔直径。以空心碳球为载体制备碳硫复合正极材料,碳球的大空腔结构可以提高锂硫电池硫正极中单质硫的利用率和循环稳定性,复合材料0.1 C放电比容量809 mAh/g;1.0 C初始放电比容量716 mAh/g,循环300次后比容量551 mAh/g,每次容量损失率0.077%。同时,碳球的多孔壁层结构可以提高锂离子的传输动力学,材料表现出良好的倍率性能,5 C放电比容量为423 mAh/g。

关键词：限域碳化空心碳球碳硫正极

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锂硫电池正极制备工艺的优化及空间作用调控

锂硫电池正极制备工艺的优化及空间作用调控

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作者：罗贤盛江汉大学

学位级别：硕士

在过程装备与控制工程的要求中对化工工艺基础的掌握非常重视,因为任何化工工艺的好坏都将直接或间接的影响生产结果的优劣。近年来,我国能源结构侧改革不断推进,环保新能源逐步取代石油能源供给成为市场的生力军。像电动汽车、人工智... 详细信息

在过程装备与控制工程的要求中对化工工艺基础的掌握非常重视,因为任何化工工艺的好坏都将直接或间接的影响生产结果的优劣。近年来,我国能源结构侧改革不断推进,环保新能源逐步取代石油能源供给成为市场的生力军。像电动汽车、人工智能机器人、无线网络通讯基站等新兴产品走向舞台,而这些产品能够健康运行依靠的动力装置就是新能源技术中的一种---锂离子电池。经过研究者们对电池工艺的不断优化探索发现,在锂离子电池中锂硫电池的理论比容量和能量密度都远远大于传统的锂离子电池。所以,为了降低环境的污染、提高电池的比容量和循环稳定性能,获得更迅速的电能转化,实现其轻便化和成本的缩减。本文以累托石为研究对象,运用热处理碳化工艺、等浸渍催化工艺、自清洁包覆工艺制备了碳硫复合材料应用于锂硫电池的正极。实验中利用XRD、BET、SEM、TG等多种方法研究了碳硫复合材料的表面形貌和结构组成,研究探讨了其导电性、吸附性和活性物质利用率的原因。结合电化学测试,研究了该碳硫复合材料在电池充放电过程中的电化学性能影响;利用控制变量法,优化了不同工艺影响的最佳条件。本文的主要内容和实验结果如下:(1)以酸洗累托石为研究对象,选取蔗糖的热处理碳化工艺对酸洗累托石进行包覆,对碳包覆的碳量、碳化温度、碳化时间分别作梯度考察。通过表面形貌和组织结构的现象,研究了不同工艺条件下覆碳的厚薄度、均匀性和完整性效果。并利用电化学测试数据分析,不同工艺条件变化对材料电化学性能的影响。结果表明:在覆碳过程中,工艺条件优化为碳源同累托石质量比例为3:1,650℃下焙烧3h时的样品,覆碳完整,载硫样品表面均匀无堆积现象;从电化学性能来说,该条件下样品在倍率性能、循环性能、循环伏安性能、交流阻抗四个方面均是最好的,在0.1C倍率条件下循环充放电中初始放电比容量为722.7mAh/g,200圈后放电比容量为361.0mAh/g;这从空间调控角度来说是因为材料内部的电子和离子的空间传导增强的结果。(2)以酸洗累托石为研究对象,选取过渡金属硫化物的等量浸渍催化工艺对酸洗累托石进行浸渍,并加以覆碳处理,对硫化物的种类、比例分别作梯度考察。通过表面形貌、组织结构及等时吸附的现象,研究了不同工艺条件下硫化物负载的紧致性、分散性和充分性效果。并利用电化学测试数据分析,不同工艺条件变化对材料电化学性能的影响。结果表明:采用覆碳的最佳工艺优化条件,在累托石的表面负载一层金属硫化物时,该过程工艺条件优化为负载硫化钴后碳包覆效果最好的,对多硫化锂的吸附作用最强,覆碳完整,载硫均匀。在0.1C倍率条件下0.004M/g硫化钴负载复合材料的初始稳定放电比容量为834.8mAh/g,200次充放电循环后仍保持373.4mAh/g的放电比容量。这从空间调控角度来说是因为材料内部的物质对空间锚定作用增强的结果。(3)以负载硫化钴覆碳累托石为研究对象,选取氟化铝的自清洁包覆工艺对研究对象进行整体包覆,对氟化铝的比例、硫含量分别作梯度考察。通过表面形貌和组织结构的现象,研究了不同工艺条件下氟化铝包覆的厚薄度、均匀性和完整性效果。结果表明:当包覆工艺优化为0.003M/g比例氟化铝、60%硫含量时,氟化铝对研究对象的包覆最完全,硫达到极致容纳量。在0.1C倍率条件下的复合材料初始稳定比容量达到1228.2mAh/g,循环200圈后放电比容量为461.0mAh/g,整个循环过程中的库伦效率维持在95%以上。这从空间调控角度来说是因为材料内部的物质对空间利用效率增强的结果。

关键词：锂硫电池碳硫正极硫化物氟化铝工艺优化空间调控

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锂硫电池正极材料和中间层材料的制备及电化学性能研究

锂硫电池正极材料和中间层材料的制备及电化学性能研究

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作者：李清清华大学

学位级别：硕士

能源在全球经济快速发展中的地位极为重要。同时,化石燃料的使用所引起的环境问题也引起了大家对可再生能源领域的注意。由于可再生能源本质上通常是间歇性的,因此需要诸如电池等存储技术来有效地利用它们。锂硫电池由于它的高理论能量... 详细信息

能源在全球经济快速发展中的地位极为重要。同时,化石燃料的使用所引起的环境问题也引起了大家对可再生能源领域的注意。由于可再生能源本质上通常是间歇性的,因此需要诸如电池等存储技术来有效地利用它们。锂硫电池由于它的高理论能量密度,高比容量,低成本,环境友好以及储量丰富等优点吸引了大家额外注意[1]。然而,锂硫电池中还存在一些亟待解决的问题,包括硫作为正极导电性差(25°C下导电率为10-30 S cm-1),体积膨胀严重(约80%)以及其中的穿梭效应。高度可溶的多硫化物中间体(Li2Sx,x>3)极易溶解在液态电解质中并穿过隔膜,然后被还原成Li2S或Li2S2,并部分沉积在锂负极的表面上,造成电池活性物质不可逆的损失,严重的自放电,低的库伦效率,阻抗的增大和在电池持续的容量衰减[2]。这些问题阻碍了其理论比容量的实现,阻碍了其实际应用的实现。因此锂硫电池正极的设计作为最直接的改性方法十分重要,同时为了进一步利用溶解在电解液中的多硫化物,锂硫电池中间层也成为了大家关注的重点。首先,本文提出了制备一种层次化孔结构的类石墨烯多孔碳(记为PGB)和硫复合作为锂硫电池的正极来改善锂硫电池的电化学性能。PGB具有丰富介孔将多硫化物束缚在正极。同时其卷曲的碳层结构构建了第二层保护进一步限制了多硫化物的穿梭,因此可以得到更为优异的电化学性能。其次,本文还通过简单的方法合成了一种Zn Fe2O4碳复合材料(记为Zn Fe2O4@C),用于锂硫电池正极得到与硫的复合材料(记为Zn Fe2O4@C@S),Zn Fe2O4的加入使得基体对多硫化物具有了吸附作用,因此得到了较优异的电化学性能。本文还通过将电纺碳化后的碳纤维膜浸泡在聚丙烯腈溶液中,随后进行环化热处理的方法得到一种由外部环化聚丙烯腈网络和内部碳纳米纤维骨架组成新的功能化中间层(记为CP@CNF)从而提高锂硫电池的循环性能。具有优良导电性的CNF膜骨架可作为重新利用硫的平台,而导电环化聚丙烯腈网络因为具有丰富的极性吡啶氮基团可以捕获多硫化物重新利用并通过吸附作用限制其溶解和穿梭。通过将CP@CNF中间层和纯硫电极匹配组装成锂硫电池,可以得到更为优异的循环和倍率性能。

关键词：锂硫电池锂硫中间层多硫化物吸附碳硫正极电化学性能

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单质硫纳米复合正极材料的电化学性能研究

单质硫纳米复合正极材料的电化学性能研究

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第十三次全国电化学会议

作者：郑伟胡信国张翠芬哈尔滨工业大学应用化学系哈尔滨工业大学应用化学系哈尔滨工业大学应用化学系

＜正＞金属锂／硫的电池,其理论容量为1675mAh／g,质量比能量为2600wh／kg（锂与硫完全反应后生成Li2S）。这完全可以满足现代信息技术对化学电源的要求。硫用作正极材料其主要的优点为价格相对便宜、高的理论比容量以及无毒性。但是由... 详细信息

＜正＞金属锂／硫的电池,其理论容量为1675mAh／g,质量比能量为2600wh／kg（锂与硫完全反应后生成Li2S）。这完全可以满足现代信息技术对化学电源的要求。硫用作正极材料其主要的优点为价格相对便宜、高的理论比容量以及无毒性。但是由于单质硫的导电性低,正极活性物质的放电产物多硫化物易溶进电解液中,造成活性物质的利用率低和循环性能差,制约了它的商品化进程。我们设计和制备了一种碳硫纳米复合正极材料,这种材料是以电子和离子导电性良好的高比表面活性炭为基体,将升华硫复合到高比表面活性炭的纳米级孔和／或微孔中形成复合材料。

关键词：锂电池电化学性能正极材料纳米复合材料碳硫正极

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