二氧化钛与离子液体共同构建锂硫电池的准固态电解质及性能研究
发布时间：2022-01-26 03:27
随着世界科技迅速发展,便携式的电子设备在全球范围内普及使用。大部分的便携式电子产品以锂离子电池作为电源来提供能量。但是锂离子电池的能量密度较低,不能满足电动汽车和国家电网等大规模储能设备和需要长时间能源供给的无人机等设备的要求。如何为这些电子设备提供足够的能源,是一个极其重要的问题。因此,研发一种体积小,质量轻,具有高的能量密度以及较长的循环寿命的电池显得尤为重要。在众多可充电的电池中,锂硫电池有着较高的理论能量密度。从理论计算的角度来看,锂硫电池可以满足未来一段时间内大部分电子设备的能源供给。但是实际使用中,锂硫电池存在着两个突出性问题:一个问题在于负极形成的锂枝晶,会刺破隔膜或断裂变成死锂,从而导致电池发生短路、循环寿命减少等问题;另一个问题是正极放电时优先生成多硫化物,而多硫化物会溶解到电解液产生穿梭现象,致使电池产生能量密度减少、负极钝化等问题。因此,为了可以进行的商业化的使用,锂硫电池必须要迫切地将这两个问题解决。本论文主要是从电解质角度来研究,通过设计不同结构二氧化钛与离子液体共同构建准固态电解质,从而解决上述两个问题。锂硫电池性能随之得到进一步提升。研究内容主要分为两个部...
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型电池体积和质量的理论能量密度数据比较
31.2锂硫电池1.2.1锂硫电池简述硫（S）在自然界中存储量十分丰富，并且毒害性较小，主要以斜方硫的状态（常温条件下）存在于火山等位置[16]。硫具有多电子的电化学能力[17]。硫的理论比容量高达1675mAh·g-1[18]。锂硫电池的能量密度可达到2600W·kg-1[15,19]。同时，S具有成本低、存储量多、容易在地壳中获得等优势。因此，锂硫电池一种是兼具市场优势和使用价值的新型储能设备。1.2.2锂硫电池的反应机理锂硫电池通过Li+的迁移和S-S键的裂分/键合来进行充放电全过程。在电池放电时，Li失去电子形成Li+，Li+由锂极经由电解液迁往硫极处。单质S得到电子后，S-S键开始断裂，与Li+键合得到Li2S；在充电过程中，Li2S被电解，形成Li+和S2-。Li+迁回负极后，被还原成Li。Li沉积在负极表面。S2-被氧化成S，沉积在正极的导电材料中。其反应方程式：S+LLi2SΔG=-425KJmol-1(1.1)图1.2Li-S电池的充电/放电原理图[9]Figure1.2SchematicdiagramofaLi-Scellwithitscharge/dischargeOperations[9]尽管书面反应式看起来十分简单，但是在实际的充电/放电过程中却是复杂过程。第一章绪论
4硫分子的还原是进行着多步电化学反应。硫会逐步被还原成多种多硫化锂，如Li2S8、Li2S6、Li2S4等。在锂硫电池放电阶段中，硫以两个相变的多电子传递步骤为主。因此，锂硫电池是双平台放电机制:（1）一个是高电压放电平台，位置在2.4V左右。S8得到电子后断裂，与Li+键合成各种不同的多硫化锂（Li2Sx，4≤X≤8）。第一个的平台的反应方程式可以简化被成为（1.2），对应的Nernest方程为（1.3）：S8(l)0+4e2S42(1.2)EH=EHθ+RTnHFln[S8(l)0][S42]2(1.3)（2）另一个是低电压放电平台，位置在2.1V左右。高价态的多硫化锂（Li2Sx，4≤X≤8）进一步被还原成低价态的多硫化锂（Li2Sx,1≤X≤4）。低电压的放电平台比高电压放电平台提供更多的能量。这个平台的反应方程式可以被简化成为（1.4），对应的Nernest方程为（1.5）：S42-+4e2S2(1.4)EH=EHθ+RTnHFln[S42-][S2]2(1.5)图1.3硫的变化过程[21]Figure1.3Changeprocessofsulfur[21]第一章绪论
本文编号：3609721
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型电池体积和质量的理论能量密度数据比较
31.2锂硫电池1.2.1锂硫电池简述硫（S）在自然界中存储量十分丰富，并且毒害性较小，主要以斜方硫的状态（常温条件下）存在于火山等位置[16]。硫具有多电子的电化学能力[17]。硫的理论比容量高达1675mAh·g-1[18]。锂硫电池的能量密度可达到2600W·kg-1[15,19]。同时，S具有成本低、存储量多、容易在地壳中获得等优势。因此，锂硫电池一种是兼具市场优势和使用价值的新型储能设备。1.2.2锂硫电池的反应机理锂硫电池通过Li+的迁移和S-S键的裂分/键合来进行充放电全过程。在电池放电时，Li失去电子形成Li+，Li+由锂极经由电解液迁往硫极处。单质S得到电子后，S-S键开始断裂，与Li+键合得到Li2S；在充电过程中，Li2S被电解，形成Li+和S2-。Li+迁回负极后，被还原成Li。Li沉积在负极表面。S2-被氧化成S，沉积在正极的导电材料中。其反应方程式：S+LLi2SΔG=-425KJmol-1(1.1)图1.2Li-S电池的充电/放电原理图[9]Figure1.2SchematicdiagramofaLi-Scellwithitscharge/dischargeOperations[9]尽管书面反应式看起来十分简单，但是在实际的充电/放电过程中却是复杂过程。第一章绪论
4硫分子的还原是进行着多步电化学反应。硫会逐步被还原成多种多硫化锂，如Li2S8、Li2S6、Li2S4等。在锂硫电池放电阶段中，硫以两个相变的多电子传递步骤为主。因此，锂硫电池是双平台放电机制:（1）一个是高电压放电平台，位置在2.4V左右。S8得到电子后断裂，与Li+键合成各种不同的多硫化锂（Li2Sx，4≤X≤8）。第一个的平台的反应方程式可以简化被成为（1.2），对应的Nernest方程为（1.3）：S8(l)0+4e2S42(1.2)EH=EHθ+RTnHFln[S8(l)0][S42]2(1.3)（2）另一个是低电压放电平台，位置在2.1V左右。高价态的多硫化锂（Li2Sx，4≤X≤8）进一步被还原成低价态的多硫化锂（Li2Sx,1≤X≤4）。低电压的放电平台比高电压放电平台提供更多的能量。这个平台的反应方程式可以被简化成为（1.4），对应的Nernest方程为（1.5）：S42-+4e2S2(1.4)EH=EHθ+RTnHFln[S42-][S2]2(1.5)图1.3硫的变化过程[21]Figure1.3Changeprocessofsulfur[21]第一章绪论
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