基于共熔加速剂改性的硫化聚丙烯腈正极材料在全固态锂硫电池中的应用
发布时间：2020-11-05 00:32
单质硫在所有固体正极材料中具有最高的理论比容量(1675 mA h g~(-1)),是商业化的锂离子电池正极材料的10倍左右,并且硫在自然界储量丰富,来源广泛,是一种无毒无害,安全廉价的材料;当与金属锂负极组成锂硫电池时,具有高达2600 W h Kg~(-1)的理论能量密度,是传统锂离子电池的5倍多,在众多新型储能体系中具有非常大的应用潜力。但是在实际的研究中,锂硫电池存在的以下问题限制了其在工业化生产中的应用;(1)硫的电子绝缘性——单质硫是一种电子绝缘体,其电子电导率低至5×10~(-30) S cm~(-1),导致硫正极的活性物质利用率低;(2)多硫化锂的溶解——正极电化学反应形成的中间体多聚多硫化锂容易溶解在有机电解液中并迁移至负极与锂反应,降低电池充放电效率;(3)体积应变——电池循环时体积反复的膨胀与收缩使电极结构遭到破坏,造成不可逆的容量损失。此外,有机电解液本身易燃易挥发,在发生短路、漏液、过充、热失控等情况下可能会引起电池燃烧甚至爆炸的危险,造成严重的安全事故。本文针对以上问题,设计了同主族元素Se/Te掺杂改性的硫化聚丙烯腈(S@pPAN)正极材料,组装全固态电池;结果表明,Se/Te的掺杂能够提高材料的电子电导率与锂离子扩散系数,相同条件下,Se_(0.05)S_(0.95)@pPAN的电导率从6.74×10~(-9) S cm~(-1),S@pPAN的电子电导率为3.49×10~(-9) S cm~(-1)同时贡献容量;在0.38 mg cm~(-2)的硫载量下,Se_(0.05)S_(0.95)@pPAN正极在0.1C下容量达到1200 mA h g~(-1);当载量为1 mg cm~(-2)时,正极容量大于800 mA h g~(-1),并且在150次循环后保持81%的初始容量。此外,还研究了通过正极材料表面修饰来改善电极-电解质界面,在电极表面包覆一层固态锂快离子导体后,电池倍率、循环稳定性显著提高,在1C倍率下具有超过600 mA h g~(-1)的容量。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912;TB302
【部分图文】：
电池概述展世纪 60 年代被提出并开始研究，正负极分别具有很高的理论比容量(Li-3860 mAh g-1, SWh kg-1)，远远高于当下商业化的锂离子电使到了 20 世纪 80 年代，锂硫电池在性能上ony 公司开发的石墨负极材料首次用在锂二开发的 LiCoO2成功实现了锂离子电池在便入到了锂离子电池的开发中，锂硫电池的研现到现在经过 20 多年的发展后，能量密度寻找其他的储能手段来突破能量密度上的局的有机硫聚合物正极的使用[8, 9]，到有机电
发现自 2009 开始，关于锂硫电池的研究报道急速增长，成为之一。随着研究的深入，锂硫电池的性能得到很大的提高，通过调各种碳材料及碳硫复合物、粘结剂以及电解液添加剂等方法，在低电容量已经能够接近理论容量。美国 Sion Power 公司以及锂硫电ergy 认为将来锂硫电池实际能量密度将达到 400-600 Wh kg-1，能够 500 公里的连续行驶里程[19]。硫电池的工作原理电池的结构包括正极、负极、电解液和隔膜。正极主要由单质硫或负极使用金属锂，电解液通常使用醚类电解液(DME+DOL1:1V/V)E 或其他高分子聚合物材料。锂硫电池的充放电过程与锂离子电池不参与反应的电化学过程，能量的存储与释放通过S-S 键的生成与断裂的充放电电压曲线如图 1.2 所示。
ummmer 等提出将 Na 快离子导体 β-Al2O3用在 Na-S 电池当中[27]。现在，固态电取得了长足的发展，多种室温下高离子电导率的固态快离子导体相继报道出来，导率已经与有机电解液相媲美。用固态电解质取代有机电解液可以完美解决多硫溶解的问题，而且避免有机电解液带来的安全问题。在负极侧，固态电解质较高械强度能够抑制金属锂的枝晶生长，并且，固态电解质中只有阳离子的迁移，其迁移系数≈1，有利于锂离子在金属锂表面的均匀沉积。已报道的多种氧化物以化物固态电解质表现出较强的电化学稳定性，宽的电化学窗口，可以匹配金属锂以及高电压正极材料，为高能量密度电池体系提供一种选择方案。全固态锂硫电池的反应机理与相应的使用有机溶剂的液态体系是相似的；结构态电池中，电解质在传输离子的同时将正负极隔开，充当液态体系中的隔膜组液态与固态体系中的基本结构如图 1.3 所示。典型的体型全固态锂硫电池主要分
【相似文献】
本文编号：2870839
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912;TB302
【部分图文】：
电池概述展世纪 60 年代被提出并开始研究，正负极分别具有很高的理论比容量(Li-3860 mAh g-1, SWh kg-1)，远远高于当下商业化的锂离子电使到了 20 世纪 80 年代，锂硫电池在性能上ony 公司开发的石墨负极材料首次用在锂二开发的 LiCoO2成功实现了锂离子电池在便入到了锂离子电池的开发中，锂硫电池的研现到现在经过 20 多年的发展后，能量密度寻找其他的储能手段来突破能量密度上的局的有机硫聚合物正极的使用[8, 9]，到有机电
发现自 2009 开始，关于锂硫电池的研究报道急速增长，成为之一。随着研究的深入，锂硫电池的性能得到很大的提高，通过调各种碳材料及碳硫复合物、粘结剂以及电解液添加剂等方法，在低电容量已经能够接近理论容量。美国 Sion Power 公司以及锂硫电ergy 认为将来锂硫电池实际能量密度将达到 400-600 Wh kg-1，能够 500 公里的连续行驶里程[19]。硫电池的工作原理电池的结构包括正极、负极、电解液和隔膜。正极主要由单质硫或负极使用金属锂，电解液通常使用醚类电解液(DME+DOL1:1V/V)E 或其他高分子聚合物材料。锂硫电池的充放电过程与锂离子电池不参与反应的电化学过程，能量的存储与释放通过S-S 键的生成与断裂的充放电电压曲线如图 1.2 所示。
ummmer 等提出将 Na 快离子导体 β-Al2O3用在 Na-S 电池当中[27]。现在，固态电取得了长足的发展，多种室温下高离子电导率的固态快离子导体相继报道出来，导率已经与有机电解液相媲美。用固态电解质取代有机电解液可以完美解决多硫溶解的问题，而且避免有机电解液带来的安全问题。在负极侧，固态电解质较高械强度能够抑制金属锂的枝晶生长，并且，固态电解质中只有阳离子的迁移，其迁移系数≈1，有利于锂离子在金属锂表面的均匀沉积。已报道的多种氧化物以化物固态电解质表现出较强的电化学稳定性，宽的电化学窗口，可以匹配金属锂以及高电压正极材料，为高能量密度电池体系提供一种选择方案。全固态锂硫电池的反应机理与相应的使用有机溶剂的液态体系是相似的；结构态电池中，电解质在传输离子的同时将正负极隔开，充当液态体系中的隔膜组液态与固态体系中的基本结构如图 1.3 所示。典型的体型全固态锂硫电池主要分
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本文编号：2870839
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