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电源技术 2024年第4期48卷 628-633页

作者：杨幸遇张涛高文超刘艳侠郑州中科新兴产业技术研究院河南省储能材料与过程重点实验室河南郑州450003 中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程国家重点实验室北京100190

采用原位与非原位相结合的方法,将锂硫软包电池循环失效的容量损失进行定量化分析,主要包括可逆容量损失和不可逆容量损失。根据表征实验拆分,可逆容量损失主要由电流极化、电解液缺失和电芯极片膨胀导致的容量损失组成,不可逆容量损失... 详细信息

采用原位与非原位相结合的方法,将锂硫软包电池循环失效的容量损失进行定量化分析,主要包括可逆容量损失和不可逆容量损失。根据表征实验拆分,可逆容量损失主要由电流极化、电解液缺失和电芯极片膨胀导致的容量损失组成,不可逆容量损失主要由负极沉积硫化锂、隔膜黏附多硫化锂和电解液溶解等容量损失组成。通过计算对比,造成锂硫软包电池循环失效的主要因素为锂金属负极的粉化和硫化锂的沉积(约占47%),其次为隔膜黏附多硫化物约25%。可针对造成循环失效的主要因素进行重点改善,提升锂硫电池的循环性能,推动实用化进程。

关键词：锂硫软包电池失效分析容量衰减量化分解

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电催化剂原子协调工程助力锂硫软包电池的合理构筑

电催化剂原子协调工程助力锂硫软包电池的合理构筑

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作者：曹轩西南科技大学

学位级别：硕士

由于传统化石能源不可持续性以及其过度使用所导致的气候变化,能源与环境问题已经吸引了全人类目光。在这样的时代背景下,如何使用清洁和可再生能源替代化石燃料的能源革命是实现人类社会可持续发展的一种不可逆转的全球趋势。在能源的... 详细信息

由于传统化石能源不可持续性以及其过度使用所导致的气候变化,能源与环境问题已经吸引了全人类目光。在这样的时代背景下,如何使用清洁和可再生能源替代化石燃料的能源革命是实现人类社会可持续发展的一种不可逆转的全球趋势。在能源的产生和利用中,以二次电池为代表的储能设备在即将到来的能源革命中发挥着关键作用。以锂离子电池(LIBs)为代表,在成功进行商业化30多年之后。它已被广泛应用于许多方面,如消费级电子产品、电动汽车和智能电网,为我们提供一种更便捷的生活方式。然而,LIBs的能量密度逐渐达到其理论极限值(90%),即现有的LIBs技术很难超过400 Wh·kg的实际能量密度。因此,急需一种先进电池体系来填补高能量密度可充电电池领域的空缺。锂硫电池(LSB)具有高理论能量密度、低成本、环境友好等优点,因此被看作是替代LIBs的最有潜力的能量储存系统。然而LSB由于其活性物质硫和放电产物硫化锂的电子、离子传导性差,充放电过程中体积变化高达80%,以及充放电中间产物多硫化物(Li PSs)的溶解性和伴随的“穿梭效应”等问题,导致其活性物质利用率低及循环寿命短,严重阻碍LSB实用化进程。针对上诉问题,本论文旨在通过原子协调工程设计合成不同原子配位环境的催化剂,通过构筑硫正极宿主材料建立对Li PSs的管理作用。提升电催化剂在锂硫化学催化活性。本论文工作总结如下:(1)通过启用温控开关,提出了基于Ni–N–C体系的一体化“氮平衡”策略,通过本征氮元素的"脱除-保留-配位"机制实现Ni–N配位环境、镍单原子载量、氮空位缺陷、活性氮和电子传导性的综合性调控,最大化Ni–N–C体系对多硫化物转化反应的催化活性,并结合同步辐射X射线三维纳米成像、原位拉曼技术,研究合理的氮演化策略对于Ni–N–C电催化剂催化活性的调控机制,及Ni–N–C电催化剂对锂硫化学的催化机理和软包电池性能优化,从而获得了能量密度为405.1 Wh·kg的锂硫软包电池。(2)通过湿化学方法在碳纳米管上原位生长硫化锌,并对原位生长的硫化锌进行了Ni梯度掺杂。原位生长的硫化锌能够有效利用化学吸附作用锚定Li PSs,赋予正极催化材料对Li PSs穿梭更强的抑制能力,梯度掺杂后能够改变硫化锌晶格的导电性和赋予对硫物种催化转化反应更高的电催化活性,从而最大化Ni-Zn S电催化剂对多硫化物转化反应的催化活性。在0.2 C的电流密度下,首次放电比容量为1108.6 m Ah·g,100个循环后容量保持率为95.8%。

关键词：锂硫软包电池穿梭效应原子协调工程反应动力学催化活性

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实用化软包装锂硫电池电解液的研究

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储能科学与技术 2020年第1期9卷 111-116页

作者：廖红英王维坤孟蓉金朝庆王安邦北京化学试剂研究所有限责任公司北京102607 防化研究院北京100191

锂硫电池因其高能量密度而备受关注。电池性能与极片的含硫量、载硫量及电解液用量等因素密切相关,锂硫电池体系的复杂性导致多数情况下以扣式电池进行评价的数据失真。本文用1.8 A·h锂硫软包装电池在电解液与硫质量比为3.5∶1条件下,... 详细信息

锂硫电池因其高能量密度而备受关注。电池性能与极片的含硫量、载硫量及电解液用量等因素密切相关,锂硫电池体系的复杂性导致多数情况下以扣式电池进行评价的数据失真。本文用1.8 A·h锂硫软包装电池在电解液与硫质量比为3.5∶1条件下,采用线性伏安扫描法(LSV)和恒流充放电法,研究了两种醚类电解液中电解质锂盐分别为双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、六氟磷酸锂(LiPF6)和四氟硼酸锂(LiBF4)、溶剂比例为乙二醇二甲醚(DME):1,3-二氧五环(DOL)为1∶1(体积比)和2∶1(体积比)时对锂硫软包电池的首次充放电、放电中值电压、循环性能和充放电效率的影响。结果表明,LiTFSI和LiPF6均适用于锂硫软包电池,LiBF4不适用,LiPF6/DME∶DOL=2∶1(体积比)的体系更有利于锂硫电池的容量发挥,对电池循环也有更佳效果。文章基于软包装电池的研究结果具有较高的实用化参考价值。

关键词：锂硫软包电池电解液六氟磷酸锂

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锂二次电池PVDF基复合膜和高能量软包锂硫电池的制备及性能研究

锂二次电池PVDF基复合膜和高能量软包锂硫电池的制备及性能研究

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作者：李姣姣浙江工业大学

学位级别：硕士

隔膜作为电池组成的重要部件,对锂离子电池性能的改善有着重要的作用。然而,社会对于大型储能元件需求增多的同时,锂离子电池的能量密度却难以超过200 Wh kg,故此研究者将目标转向高能量密度的锂硫电池。本文采用表面涂覆法和相转移法... 详细信息

隔膜作为电池组成的重要部件,对锂离子电池性能的改善有着重要的作用。然而,社会对于大型储能元件需求增多的同时,锂离子电池的能量密度却难以超过200 Wh kg,故此研究者将目标转向高能量密度的锂硫电池。本文采用表面涂覆法和相转移法制备以聚偏氟乙烯(PVDF)为基材,无机纳米材料二氧化硅(SiO)为添加剂,对PP/PVDF/SiO复合膜、PVDF/SiO复合膜的基本物理属性和电化学性能进行探究。采用机械球磨法和热处理法制备以多孔活性炭(AC)、导电炭黑(SP)为载体的硫碳复合材料,对正极材料的压实进行评价,通过控制变量,获得适宜压实密度下的最佳软包锂硫电池性能。本文主要研究内容如下:(1)以无机纳米材料二氧化硅(SiO)为添加剂,聚合物材料聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,制备PVDF/SiO浆料并涂覆在PP隔膜上。经相转移法获得PP/PVDF/SiO复合薄膜并系统地研究了固含量、SiO含量及涂覆层厚度对复合膜的孔隙率、离子电导率等基本物理属性的影响。当固含量为25 wt.%,SiO含量为5 wt.%,涂覆层厚度为15?m时,PP/PVDF/SiO复合薄膜的孔隙率最高(340%)、离子电导率最佳(在25°C时为1.4 mS cm)、横向/纵向热收缩率较优(软包电池展示出良好的循环性能。故此,PP/PVDF/SiO复合薄膜可有望替代PP膜成为大容量锂离子电池的候选隔膜。(2)以聚偏氟乙烯(PVDF)为基材,纳米二氧化硅(SiO)为添加剂,采用涂布法和相转移法制备PVDF/SiO复合膜。系统地研究了添加剂SiO对PVDF/SiO复合薄膜的孔隙率、电解液润湿性、热稳定性和离子电导率等方面的影响。相较常规聚丙烯(PP)薄膜,PVDF/SiO复合薄膜具有优异的物理和化学性能。尤其是,当PVDF基体中含有5 wt.%SiO时,PVDF/SiO复合薄膜在所有样品中展示出高离子电导率(在25°C时为1.0 mS cm)。电化学测试显示出由PVDF/SiO复合薄膜组装的LiNiCoMnO/Li扣式电池展示出高的可逆放电容量(在0.05 C时为179 mAh g)、良好的循环稳定性(在0.1 C下循环100次后保持169 mAh g)及优异的倍率性能,远高于其它常规性隔膜电池。另外,在大容量电池的应用上,其组装的容量为1.1Ah LiNiCoMnO/石墨软包电池展示出992 mAh的高放电容量及99.5%的库伦效率。故此,在改善锂离子电池的性能上,该PVDF/SiO复合薄膜将是一个非常有望替代商业化PP隔膜的膜材料。(3)以单质硫为基材,多孔活性炭(AC)、导电炭黑(SP)为载硫材料,按一定比例经球磨、热处理制备硫碳复合材料,并以锂铜复合带为对电极,组装成软包装锂硫电池,并探究正极材料压实密度对电化学性能的影响。为提高硫的利用率,在电极材料表面压制一层单壁碳纳米管与石墨烯结合的物理阻挡层(SWCNTs/graphene,厚度=30μm)。采用X射线衍射分析(XRD)、热失重分析(TGA)、扫描电子显微镜分析(SEM、EDS)等技术手段对电极材料的晶相结构、含量、表面形貌和断面结构进行表征。研究表明,硫已很好的进入到炭孔中,所占质量分数为66.2%(理论值70%),SWCNTs/graphene层以植入的方式嵌在硫碳颗粒间。与循环前相比,压实密度为1.2 g cm的电极在循环10次后(充电状态)表面平整,未出现结构坍塌与破裂的现象。同时,其电化学性能表现为优异的可逆放电容量(在0.05 C时1296 mAh g)、较低的界面阻抗(68?)、较高的能量密度(295 Wh kg)及最佳的首次高平台容量(C)和低平台容量(C)。这归因于适宜的压实密度,使得电极颗粒间具有良好的接触以及尽可能容纳更多电解液,从而改善了电池的电化学性能。因此,选择合适的压实密度对于获得高能量密度的软包锂硫电池具有重要的意义。

关键词： PVDF SiO2 相转移法热处理法 S/C 压实密度碳纳米管/石墨烯三元锂离子电池锂硫软包电池

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