二维纳米材料用于锂硫电池改性

发布时间：2020-07-22 08:36

【摘要】：锂硫电池由于具有较高的理论比容量和理论比能量而成为目前最具开发前景的二次电池体系之一。然而,锂硫电池在充放电过程中产生的可溶于电解液的中间产物多硫化物以及多硫化物的穿梭效应,导致了活性物质硫利用率低、电池容量衰减快等问题,这些都严重阻碍了锂硫电池的发展。在这项研究中,我们报道了用带正电荷的无机二维纳米材料作为修饰层涂布在常规PP隔膜上,使其在物理屏障限制和化学捕获协同作用下有效抑制中间产物多硫化物的穿梭效应,从而提高锂硫电池的循环寿命。值得注意的是,在物理和化学的协同作用下,修饰层密度可最小化到约为0.018 mg cm~(-2),且厚度只有20-30 nm,修饰层用量远低于最近报道的大部分文献记录值。与此同时,修饰层的超低用量在改善锂硫电池性能的基础上不降低电池的能量密度。该工作为有效提高锂硫电池的循环性能提供了一种简单廉价并且有效的方法。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TM912
【图文】：

曲线图,曲线图,多硫化物,放电平台

中间用 PP 隔膜将正负极隔开，并用液体电解质作为离子传输的载体。图1-1 是一个典型的锂硫电池充放电曲线图6。电池在放电过程中会出现两个放电平台，其中，高放电平台电压在 2.4 V 左右，低放电平台电压在 2.0 V 左右。这两个放电平台分别对应了电池中的两个还原反应，即活性材料由长链多硫化物（Li2Sx，4≤x）还原为短链多硫化物，再由短链多硫化物（Li2Sx，x≤4）还原为 Li2S2或者 Li2S。在与放电过程所对应的充电过程中也会观察到两个平台，电压分别位于 2.2 V 和 2.5 V。图 1-1 典型的锂硫电池充放电曲线图6Fig. 1-1 A typical charge discharge profile in a traditional liquid Li S cell.6根据锂硫电池充放电过程中的转化机制

扫描电镜图像,反蛋白石,二氧化硅,无序碳

a）有序 PMMA 扫描电镜图像（b）二氧化硅反蛋白石结构的扫描 OMC 扫描电镜图像（d）S-BMC/S-70-W 的电池循环性能曲线图) ordered PMMA spheres with an inset at higher magnification, (b) sture with an inset at higher magnification, and (c) OMC spheres ord(d) Discharge and charge capacity of S-BMC/S-70W.14g 等16报道了使用无序碳纳米管（DCNTs）制备硫/无序碳纳米管来改善锂硫电池的电化学性能。气化硫能够很容易扩散进 DC仅是活性物质硫的载体，而且还能阻碍电解液的中多硫化物的扩管（SDCNT）复合材料的制备方法是将硫与碳的混合液滴在无序后用真空烘箱分别在 160℃（SDCNT-160），300℃（SDCNT-30-500）条件下加热。用 SDCNT-160 电极材料组装的锂硫电池其

电极排列,三明治,铝箔,原理图

池在 100 个循环后容量保持率为 73%，库伦效率为 96%。这温处理硫会渗透进无序碳中，从而避免了硫与电解液的直接接维碳材料的典型代表，石墨烯（Graphene）由于具有高的电导广泛运用于锂硫电池中作为电极材料的导电剂以及聚硫化物的制备了石墨烯-硫-石墨烯三明治结构（图 1-5），其中一层附着膜作为电池的集流体（GCC），活性硫的负载量高达 70%；常规 PP 隔膜上（G-separator）。在这个三明治电极结构中，供了高的电导率，在锂硫电池充放电循环过程中限制了硫的体的多硫化物的容器，有效抑制了电池循环过程中的穿梭效应，能。结果表明，该电池首次放电容量高达 1345 mAh g-1，电池容量仍保持在 1000 mAh g-1以上。不仅如此，GCC 拥有比铝度，使得锂硫电池的能量密度有所提高。该工作为改善锂硫电一个有效便捷的方式。

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