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电池工业 2022年第3期26卷 145-154页

作者：芦涛韩鹏献张增奇金永成崔光磊中国科学院青岛生物能源与过程研究所山东青岛266101 中国海洋大学材料科学与工程学院山东青岛266100

“碳达峰、碳中和”国家战略的提出,对清洁能源发展提出了深刻要求。锂硫电池具有高比能量、低成本、环境友好等特点,是一种高效电化学能源存储系统。在实际应用中,可通过提升正极活性硫载量的方式获得高比能量,但同时会放大锂硫电池的... 详细信息

“碳达峰、碳中和”国家战略的提出,对清洁能源发展提出了深刻要求。锂硫电池具有高比能量、低成本、环境友好等特点,是一种高效电化学能源存储系统。在实际应用中,可通过提升正极活性硫载量的方式获得高比能量,但同时会放大锂硫电池的固有缺陷(如体积膨胀、多硫化物穿梭、活性物质利用率低等),人们做了大量的研究工作以克服这些负面影响。本文介绍了近几年人们在高载硫量电池(正极含硫量大于5 mg·cm-2)正极材料的结构及组成设计、粘合剂及隔膜等方面所取得的进展,分析了各种技术提升高负载锂硫电池性能的原理及效果,并对高载硫量锂硫电池的研究方向做了展望。

关键词：锂硫电池高载硫量高能量密度穿梭效应清洁能源

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钨基微纳复合材料的设计、制备及储能性能研究

钨基微纳复合材料的设计、制备及储能性能研究

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作者：石念香山东大学

学位级别：硕士

锂离子电池作为绿色的储能装置,因拥有较高的工作电压、较长的使用寿命、无记忆效应等优势,而被普遍的应用到各个领域。但是,在现在这个物联网时代,随着无线射频技术、感应器、智能衣服、智能包装等兴起,商业化锂离子电池已达不到要求... 详细信息

锂离子电池作为绿色的储能装置,因拥有较高的工作电压、较长的使用寿命、无记忆效应等优势,而被普遍的应用到各个领域。但是,在现在这个物联网时代,随着无线射频技术、感应器、智能衣服、智能包装等兴起,商业化锂离子电池已达不到要求。过渡金属氧化物拥有较高的理论容量、来源丰富、价格便宜,特别是混合过渡金属氧化物中不同金属离子之间的协同作用有助于容量的进一步提升,被广泛的认为是最有应用价值的锂离子电池负极材料之一。然而,氧化物本身导电性差,在充放电过程中易发生体积膨胀等问题限制了其实际应用。通过巧妙的设计合成过程,制备具有稳定微纳结构的混合过渡金属氧化物可以有效的缓解上述问题。另外,探究具有特殊结构的混合过渡金属氧化物的生长机制可以指导合成其他的相关材料。另外,锂硫电池作为另一个先进的可逆充电电池,其凭借较高的理论比容量(1675 mAh/g)、储量丰富、无污染等优势逐渐登上新能源储存的舞台。就目前的研究现状来看,影响锂硫电池商业化的主要问题是硫和相应的放电产物的绝缘性、长链多硫化锂的溶解等。通过杂原子掺杂及无机分子功能化后的碳材料,可以有效的固定多硫化物,减小穿梭效应。合理的制备具有高导电性、高载硫量的正极材料,成为锂硫电池发展的需要。本论文主要通过水热法和回流方法来实现钨基微纳复合材料的可控制备,并研究其作为电极材料的电化学性能,论文的主要内容包括:(1)首次在不添加任何表面活性剂的前提下,通过两步水热法成功的合成了 ZnW04六角星结构(HHMs)。通过TEM、SEM和XRD等表征手段分析在不同反应时间下,中间产物的组成、形貌和相的变化。基于上述结果和分析,提出了原位形成和晶格相融的生长机制解释3D六角星形结构的形成过程。将其作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试,倍率性能和循环稳定性明显优于已报道的文献,这主要是因为结构稳定且结晶度高,而且不同金属离子之间的协同效应,可以缓解充放电过程中体积膨胀,提供更多的活性位点。在循环90圈之后,通过SEM表征,发现六角星形结构保留完整,进一步说明了稳定的结构对电化学性能有着重要的作用。(2)首次通过简单低温回流的方法制备了 W2C与N、P掺杂的石墨烯的复合材料。高温还原后的石墨烯具有较高的导电性,可以提高电子传输效率。杂原子掺杂及W2C将石墨烯进行功能化,将W2C@N/P-rGO复合材料作为硫的载体进行锂硫电池性能测试,表现出了优异的电化学稳定性,载硫量高达68%时,在1 C(1 C = 1675 mA/g)的电流密度下,循环500圈之后,放电比容量能维持在大约400mAh/g。高载硫量、优异的电池性能主要得益于不同材料的巧妙组合,优势互补。

关键词：锂离子电池过渡金属氧化物钨基生长机制锂硫电池穿梭效应高载硫量

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