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Battery separators Functionalized with Edge-Rich Mos2/C Hollow Microspheres for the Uniform Deposition of li2s in High-Performance lithium-sulfur Batteries

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Nano-Micro Letters 2019年第3期11卷 104-118页

作者： Nan Zheng Guangyu Jiang Xiao Chen Jiayi Mao Nan Jiang Yongsheng li Lab of Low-Dimensional Materials Chemistry Key Laboratory for Ultrafine Materials of Ministry of Education Shanghai Engineering Research Center of Hierarchical Nanomaterials School of Materials Science and Engineering East China University of Science and Technology

As promising energy storage systems,lithium-sulfur(li-s)batteries have attracted significant attention because of their ultra-high energy ***,li-s battery suffers problems related to the complex phase conversion that occurs during the charge-discharge process,particularly the deposition of solid li2s from the liquid-phase polysulfides,which greatly limits its practical *** this paper,edge-rich Mos2/C hollow microspheres(Edg-Mos2/C HMs)were designed and used to functionalize separator for li-s battery,resulting in the uniform deposition of *** microspheres were fabricated through the facile hydrothermal treatment of MoO3-aniline nanowires and a subsequent carbonization *** obtained Edg-Mos2/C HMs have a strong chemical absorption capability and high density of li2s binding sites,and exhibit excellent electrocatalytic performance and can effectively hinder the polysulfide shuttle effect and guide the uniform nucleation and growth of ***,we demonstrate that the Edg-Mos2/C HMs can effectively regulate the deposition of li2s and significantly improve the reversibility of the phase conversion of the active sulfur species,especially at high sulfur loadings and high *** a result,a cell containing a separator functionalized with Edg-Mos2/C HMs exhibited an initial discharge capacity of 935 mAh g-1 at 1.0 C and maintained a capacity of 494 mAh g-1 after 1000 cycles with a sulfur loading of 1.7 mg ***,at a high sulfur loading of 6.1 mg cm-2 and high rate of 0.5 C,the cell still delivered a high reversible discharge capacity of 478 mAh g-1 after 300 *** work provides fresh insights into energy storage systems related to complex phase conversions.

关键词： Edge-rich Mos2/C Hollow microspheres li2s lithium-sulfur batteries

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A multi-layered Ti3C2/li2s composite as cathode material for advanced lithium-sulfur batteries

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Journal of Energy Chemistry 2019年第12期28卷 176-181页

作者： Xin liang Jufeng Yun Kun Xu Hongfa Xiang Yong Wang Yi sun Yan Yu school of Materials science and Engineering Anhui Provincial Key Laboratory of Advanced Functional Materials and DevicesHefei University of TechnologyHefei 230009AnhuiChina CAs Key Laboratory of Materials for Energy Conversions Department of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology of ChinaHefei 230026AnhuiChina

lithium-sulfur(li-s)batteries with lithium sulfide(li2s)as cathode have attracted great attention recently,because of high specific capacity(1166 mA h g^-1)of li2s and potential safety of using li metal-free ***2s cathode has lower volume expansion and higher thermal stability than the traditional sulfur ***,the problems of"shuttle effect"and poor electrical conductivity of the cathode material still need to be *** this work,multi-layered Ti3C2/li2s(ML-Ti3C2/li2s)composite has been prepared and applied as a cathode in advanced li-s *** unique multi-layer sheet structure of Ti3 C2 provides space for the storage of li2s,and its good conductivity greatly enhances the usage ratio of li2 s and improves the conductivity of the whole li2s *** with commonly used graphene,ML-Ti3C2 can trap polysulfides effectively by chemical adsorption and also activate the reaction of li2s to polysulfides by forming Ti-s *** a result,during the cycling of the batteries with ML-Ti3C2/li2s cathodes,the activation voltage barrier of the first cycle has decreased to 2.8 V,and the"shuttle effect"has been suppressed *** cycling and rate performances of the ML-Ti3C2/li2s cathodes have been significantly improved compared to that of graphene/li2 s *** maintain a capacity of 450 mAh g^-1 at 0.2 C after 100 cycles,and deliver attractive rate performances of 750,630,540,470 and 360 mAh g^-1 at 0.1 C,0.2 C,0.5 C,1 C,and 2 C,respectively.

关键词： Multi-layered Ti3C2 li2s lithium-sulfur batteries Activation voltage barrier shuttle effect

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lithium sulfide:a promising prelithiation agent for high-performance lithium-ion batteries

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susMat 2024年第1期4卷 34-47页

作者： Junkang Huang Weifeng li Wenli Zhang Bixia lin Yang Wang siuWing Or shuhui sun Zhenyu Xing school of Chemistry South China Normal UniversityGuangzhouP.R.China Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Resources Biorefinery School of Chemical Engineering and Light IndustryGuangdong University of TechnologyGuangzhouP.R.China state Key Laboratory of Inorganic synthesis and Preparative Chemistry College of ChemistryJilin UniversityChangchunP.R.China Department of Electrical and Electronic Engineering The Hong Kong Polytechnic UniversityHung HomKowloonHong Kong Institut National de la Recherche scientifique(INRs) Centreénergie Matériaux TélécommunicationsVarennesCanada

lithium-ion batteries are widely used in portable electronics and electric vehicles due to their high energy density,stable cycle life,and low ***,irreversible lithium loss during the formation of the solid electrolyte interface greatly impairs energy density and *** compensate for the lithium loss,introducing an external lithium source,that is,a prelithiation agent,is an effective strategy to solve the above *** with other prelithiation strategies,cathode prelithiation is more cost-effective with simpler *** various cathode prelithiation agents,we first systematically summarize the recent progress of li_(2)s-based prelithiation agents,and then propose some novel strategies to tackle the current *** review provides a comprehensive understanding of li_(2)s-based prelithiation agents and new research directions in the future.

关键词： li-ion batteries prelithiation li2s prelithiation agent metallothermic reduction reaction

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li2s/MXene基正极材料的制备及其在锂硫电池中的性能研究

Li2S/MXene基正极材料的制备及其在锂硫电池中的性能研究

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作者：苏冠睿宁波大学

学位级别：硕士

新能源电池在电动船舶中的应用在多数情况下,船舶电力推进系统都是内燃机驱动发电机组为系统供电。由于海洋环境复杂多变,负载是变化的,当负载偏离最佳负荷点时,燃油就会得不到充分燃烧,燃油的利用率随之大幅度下降,同时会产生大量的氮... 详细信息

新能源电池在电动船舶中的应用在多数情况下,船舶电力推进系统都是内燃机驱动发电机组为系统供电。由于海洋环境复杂多变,负载是变化的,当负载偏离最佳负荷点时,燃油就会得不到充分燃烧,燃油的利用率随之大幅度下降,同时会产生大量的氮氧化物和硫氧化物,对环境造成污染。电池能量存储技术是解决这一问题的办法之一。另外,随着船舶污染物排放标准不断提高,特别是为了响应“碳中和与碳达峰”倡议,发展新型绿色能源作为船舶动力已经势在必行。锂硫电池作为后锂离子电池储能器件,其以相对较低的价格,较高的能量密度,逐渐成为各方关注的热点。锂硫电池具有超高的能量密度(2 600 Wh kg)和高理论比容量(1 675 m Ah g),还具有优异的环境友好性、低廉的硫材料成本的优点,这些优点使锂硫电池成为下一代最具潜力的动力电池之一。但锂硫电池也存在许多亟需解决的问题:锂硫电池正极活性物质导电性差、多硫化物(lis)的穿梭效应及氧化还原反应率缓慢,这些问题不仅导致锂硫电池循环性能较差,还有巨大的安全隐患问题,从而阻碍了锂硫电池发展及其商业化进程。本文从锂硫电池的循环性能、电绝缘性、穿梭效应及安全问题出发,围绕正极材料制备、调控性能表征等方面进行了探索性研究,实现锂硫电池电化学性能的综合提升。主要研究内容和结果如下:***制备:TiC材料比表面积大、表面活性位点多,不但可以增加活性物质lis的负载量,还能充分起到吸附催化的效果。另外,TiC材料还具有类金属导电性,可促进电池性能的提升。通过改变刻蚀温度、刻蚀时间、刻蚀液种类和刻蚀方法,探究出二维MXene材料的三种制备方法,氟盐刻蚀法、反应釜法和HF刻蚀法。***-lis材料制备及电池测试:通过超声、真空溶解再析出等实验方法,制备了TiC-lis正极锂硫电池,研究了该电池的循环特性、容量特性等电化学性能。TiC-lis在100 m A g电流密度下获得了484 m Ah g的初始放电比容量,100次循环后容量衰减至300 m Ah g,平均每圈衰减率为0.32%,优于C-lis每圈0.45%的容量衰减率。***/Ti O-lis材料制备及电池测试:通过水热反应在TiC表面原位生长Ti O,因为氧化物与lis之间存在较强的路易斯酸-碱吸附作用,所以Ti O对lis的扩散不仅有物理限制作用,且Ti O还可以通过锂-氧键合作用抑制长链lis的溶解,从而确保较高的比容量。lis与Ti O(110)晶面之间的键能强度≥2.18 e V,所以Ti O可更好地与lis结合,提高了lis的利用率。TiC/Ti O-lis首圈容量为749.3 m Ah g,100次循环后容量衰减至495.8 m Ah g,平均每圈衰减率为0.34%。TiC/Ti O-lis容量衰减率与TiC-lis持平,但容量超出TiC-lis。4.N-TiC/Ti O-lis材料制备及电池测试:在TiC/Ti O基础上,通过尿素对材料进行氮掺杂制备N-TiC/Ti O。氮元素的掺杂不仅提高了N-TiC/Ti O对lis的吸附固定能力,而且还显著促进了lis的反应动力学,使得lis的穿梭效应进一步得到抑制,从而降低了电池的容量衰减率。N-TiC/Ti O-lis在100 m A g电流密度时容量达到773 m Ah g,循环性能测试结果表明,平均每圈容量衰减率仅为0.306%。不仅电池容量有所提升,且循环稳定性也明显提高。通过本文研究,TiC、TiC/Ti O和N-TiC/Ti O材料对lis均有化学吸附作用,且吸附能力依次提升,因此电池容量和循环稳定性逐渐提高。其中,N-TiC/Ti O复合正极材料的综合性能最佳,该方法为锂硫电池正极材料的研究提供了一种新思路。

关键词：锂硫电池 MXene li2s TiO2 电化学性能多硫化物吸附

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锂离子电池正/负极材料li2s/siO2的合成与电化学性能研究

锂离子电池正/负极材料Li2S/SiO2的合成与电化学性能研究

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作者：周罗挺浙江工业大学

学位级别：硕士

锂离子电池作为一种新型绿色二次电池已在小型二次电池市场中占据了最大的份额。然而,由于正负极材料比容量较低,使得目前商业化锂离子电池能量密度普遍不超过200 Wh kg?1。本文选择具有高比容量的硅基负极材料siO和lis正极材料为研究对... 详细信息

锂离子电池作为一种新型绿色二次电池已在小型二次电池市场中占据了最大的份额。然而,由于正负极材料比容量较低,使得目前商业化锂离子电池能量密度普遍不超过200 Wh kg?1。本文选择具有高比容量的硅基负极材料siO和lis正极材料为研究对象,对材料的合成、微结构和电化学储锂性能展开了详细研究,阐明了电极材料的成分、微观结构与电化学储锂性能的相互关系,可望为进一步研究和开发高性能的锂离子电池电极材料提供了实验基础和理论依据。(1)采用简单的球磨工艺对库不齐沙漠中的沙子进行处理,并直接以球磨后的沙子作为锂离子电池负极材料。系统研究了沙子负极材料的成分组成以及球磨时间对其晶体结构、微观形貌、电化学性能和电化学储锂机理的影响。成分研究结果表明,沙子的主要成分为siO,通过稀盐酸简单清洗后,siO质量比达85%,其余为金属氧化物杂质。微结构研究表明,原始沙子中的siO结晶性良好,随着球磨时间的增加,siO的结晶性逐渐减弱,向非晶态转变。当球磨时间达到108 h,沙子中的siO完全转变为非晶态。球磨后沙子的微观形貌表现为形状不规则,大小不一的颗粒,颗粒尺寸随球磨时间增加而减小。电化学研究结果表明,沙子中的siO首次嵌锂反应生成不可逆产物li4siO4、li2O和可逆产物lixsiy。随着球磨时间的增加,沙子负极材料的初始可逆容量逐渐增加,循环稳定性逐渐下降。球磨108 h的样品首次放电容量达906 mAh g?1,首次充电容量达413 mAh g?1,表现出最好的电化学储锂活性。200次循环后,与第2次放电容量相比,球磨60 h样品的容量保持率达97.9%,球磨108 h样品的容量保持率仅为59.6%。(2)以球磨108 h的沙子和聚苯乙烯(Ps)为原料,制备沙子/碳复合材料,并系统研究了碳复合处理对复合材料电化学性能和微观形貌的影响。微结构研究结果表明,高温煅烧处理后,复合材料的结晶性仍然较差,表现为非晶态。Ps的使用对复合材料的微观形貌没无明显的影响。电化学性能研究表明,含碳量为5.5%的沙子/碳复合材料表现出最优异的循环性能和倍率性能。在100 mA g?1电流密度下,该样品170次循环后的稳定容量为53 mAh g?1,可逆容量保持率达78.5%。(3)XRD、FTIR等测试表明,以不同摩尔比的liH和升华硫为原料,采用简单的球磨工艺,可成功制备lis和lis2正极材料。电化学性能测试表明,合成lis的循环性能相比商业lis略有提升,100次循环后的容量为280 mAh g?1,lis2在前50次循环较为稳定,50次循环后容量开始衰减,100次循环后的容量为305 mAh g?1。此外,lis2的首次活化电压达3.69 V,低于lis的3.87 V。

关键词：锂离子电池沙子 siO2 li2s 正负极材料

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All-solid-state Thin-Film lithium-sulfur Batteries

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Nano-Micro Letters 2023年第5期15卷 326-338页

作者： Renming Deng Bingyuan Ke Yonghui Xie shoulin Cheng Congcong Zhang Hong Zhang Bingan Lu Xinghui Wang College of Physics and Information Engineering Institute of Micro-Nano Devices and Solar CellsFuzhou UniversityFuzhou 350108People’s Republic of China Fujian science&Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China Fuzhou 350108FujianPeople’s Republic of China Jiangsu Collaborative Innovation Center of Photovoltaic science and Engineering Changzhou 213000People’s Republic of China school of Physics and Electronics Hunan UniversityChangsha 410082People’s Republic of China

lithium-sulfur(li-s)system coupled with thin-film solid electrolyte as a novel high-energy micro-battery has enormous potential for complementing embedded energy harvesters to enable the autonomy of the Internet of Things ***,the volatility in high vacuum and intrinsic sluggish kinetics of s hinder researchers from empirically integrating it into allsolid-state thin-film batteries,leading to inexperience in fabricating all-solid-state thin-film li-s batteries(TFLsBs).Herein,for the first time,TFLsBs have been successfully constructed by stacking vertical graphene nanosheets-li2s(VGsli2s)composite thin-film cathode,lithium-phosphorous-oxynitride(liPON)thin-film solid electrolyte,and li metal *** eliminating lipolysulfide shuttle effect and maintaining a stable VGs-li2s/liPON interface upon prolonged cycles have been well identified by employing the solid-state li-s system with an“unlimited li”reservoir,which exhibits excellent longterm cycling stability with a capacity retention of 81%for 3,000 cycles,and an exceptional high temperature tolerance up to 60℃.More impressively,VGs-li2s-based TFLsBs with evaporated-li thin-film anode also demonstrate outstanding cycling performance over 500 cycles with a high Coulombic efficiency of 99.71%.Collectively,this study presents a new development strategy for secure and high-performance rechargeable all-solid-state thin-film batteries.

关键词： All-solid-state thin-film batteries li-s batteries Vertical graphene nanosheets lithium phosphorous oxynitride li2s

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基于基体表面修饰的锂金属负极及其电化学性能研究

基于基体表面修饰的锂金属负极及其电化学性能研究

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作者：刘晓宇厦门大学

学位级别：硕士

近年来,为满足电动汽车长续航要求,急需发展高比能量的电池。金属锂具有超高的理论比容量和低电化学电势,有望成为下一代负极材料。但放电过程中金属锂的生长难以控制,循环中产生的锂枝晶和死锂使锂金属电池面临严峻的安全问题。为诱导... 详细信息

近年来,为满足电动汽车长续航要求,急需发展高比能量的电池。金属锂具有超高的理论比容量和低电化学电势,有望成为下一代负极材料。但放电过程中金属锂的生长难以控制,循环中产生的锂枝晶和死锂使锂金属电池面临严峻的安全问题。为诱导金属锂的均匀沉积,有效减少锂枝晶和死锂的产生,本文从锂金属负极基体表面修饰入手,开展了以下两项工作:1.构筑了用金属Bi纳米片修饰的泡沫镍骨架(Ni@Bi Foam),在放电过程中原位形成光滑致密的li3Bi亲锂层。一方面,li3Bi亲锂层的形成重塑了负极骨架的表面热力学,加快了金属锂沉积的动力学过程,有效诱导了金属锂的均匀沉积,缓解了枝晶和死锂的产生;另一方面,光滑致密的li3Bi亲锂层为后续金属锂的光滑沉积提供了良好的基础。在半电池体系中(1mA cm-2&1 mAh cm-2),Ni@Bi Foam能够稳定循环500圈以上,平均库伦效率达98.46%。与高载量liFePO4正极(面载量:10.1 mg cm-2)匹配时,其仍表现出优异的循环稳定性和倍率性能。2.将Bi2s3组分引入铜网骨架(Cu@Bi2s3 Mesh),预构建了具有li3Bi和li2s组分的sEI膜。相比于金属锂在Cu Mesh骨架上的无序沉积,金属锂主要沿Cu@Bi2s3 Mesh骨架均匀沉积,表现出优异的沉积/剥离性能。将其组装对称电池(1 mA cm-2&1 mAh cm-2),能够保持15mV的较小锂沉积过电位,稳定循环1300h以上。在磷酸铁锂全电池测试中,Cu@Bi2s3 Mesh全电池在0.5 C条件下循环120圈,每个循环的容量衰减仅0.027%。

关键词：锂金属负极三维骨架亲锂性 Bi纳米片 li3Bi li2s

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