锂硫电池电解质的设计及其电化学性能研究
发布时间：2021-03-31 14:12
硫正极的理论比容量为1675m Ah/g,与金属锂负极组成的锂硫电池,理论能量密度高达2600Wh/kg左右,远高于传统的锂离子电池,满足高比能动力电池的发展需求,而且,硫还具有储量丰富、环境友好等特点,因此,锂硫电池成为目前锂电池领域内研究的热点和重点,也被视为最具有发展潜力的下一代锂二次电池之一。但是,锂硫电池在充放电过程中产生的中间产物会溶于有机电解液,在正负极之间穿梭反应,造成严重的过充和容量衰减;此外,充放电产物都是电子和离子的绝缘体,影响活性物质的利用率。针对锂硫电池存在的关键问题,本课题以锂硫电池中的电解质为研究对象,从控制中间产物在电解液中的溶解、抑制中间产物的迁移以及阻隔中间产物与金属锂的接触反应等角度出发,展开了电解质的组分优化、电解质的结构设计等相关的研究工作,具体内容如下:1.电解液溶剂的优化。在溶剂中引入高度氟化的醚类液体FDE,通过比例调控得到最佳组分的电解液,电池能够显著改善其放电容量、循环稳定性、库伦效率和自放电效率。FDE高度氟化的分子结构,能够削弱自身的溶剂化能力,降低对多硫化锂的离解能力,从而抑制其在电解液中的溶解及进一步的穿梭效应。不仅降低了活性...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
汽油和不同类型电池的理论能量密度与实际能量密度对比
[1]。因此，人们对电化学储能体系提出了更高能量密度、长循环和低成本等要求。锂离子电池是目前商业应用最广泛的二次电池密度、高电压等优势，根据赛迪智库电子信息产业研究所编写的产业发展白皮书》，2016 年全球锂离子电池产业规模预计达到 37场规模首次将达到 90GWh 以上，动力型电池的容量占 44.8%。一离子电池的总需求量在不断增加，另一方面，电池市场结构发生求高能量密度的电动汽车市场开始快速发展，图 1.2。当前商用的系中，正负极材料的充放电过程都是基于锂离子的插脱嵌行为，和能量密度＜300mAh/g 和＜400Wh/kg[2]，并且从正极材料优化和面的改进已经很难再有突破，不可能实现单次充电纯电动汽车续 甚至更远里程的目标[3, 4]。因此，发展新型的高容量和能量密度的必行，而选择基于多电子转化机理的电极材料是最有效的途径之
图 1.3 锂硫电池结构示意图Figure 1.3 Scheme structure of lithium-sulfur battery的关键材料主要由正极、电解质及负极组成，结构的电极应该有较好的导电性以满足电化学反应中电出。因为硫单质及其放电终产物硫化锂较差的导电10-30S/cm、3.6×10-7S/cm（25 C），正极通常由活结剂以及导电剂等组成；负极一般采用高比容量（解质作为锂离子传导的载体，位于正负极之间，在醚类溶剂及锂盐组成，同时添加电子绝缘的多孔隔态电池体系中，电解质主要为单离子通道的锂离子者其混合导体等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A review of solid electrolytes for safe lithium-sulfur batteries[J]. Ying-Zhi Sun,Jia-Qi Huang,Chen-Zi Zhao,Qiang Zhang. Science China（Chemistry）. 2017(12)
[2]锂硫电池硫基复合正极材料发展综述[J]. 唐泽勋,叶红齐,韩凯,王治安. 电子元件与材料. 2017(10)
[3]CeO2纳米晶的添加对锂硫电池电化学性能的影响[J]. 马国强,温兆银,王清松,靳俊,吴相伟,张敬超. 无机材料学报. 2015(09)
[4]Li-S电池硫正极性能衰减机理分析及研究现状概述[J]. 刁岩,谢凯,洪晓斌,熊仕昭. 化学学报. 2013(04)
[5]锂离子电池有机电解液电导率的影响因素[J]. 庄全超,刘文元,武山. 电池工业. 2005(05)
本文编号：3111579
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
汽油和不同类型电池的理论能量密度与实际能量密度对比
[1]。因此，人们对电化学储能体系提出了更高能量密度、长循环和低成本等要求。锂离子电池是目前商业应用最广泛的二次电池密度、高电压等优势，根据赛迪智库电子信息产业研究所编写的产业发展白皮书》，2016 年全球锂离子电池产业规模预计达到 37场规模首次将达到 90GWh 以上，动力型电池的容量占 44.8%。一离子电池的总需求量在不断增加，另一方面，电池市场结构发生求高能量密度的电动汽车市场开始快速发展，图 1.2。当前商用的系中，正负极材料的充放电过程都是基于锂离子的插脱嵌行为，和能量密度＜300mAh/g 和＜400Wh/kg[2]，并且从正极材料优化和面的改进已经很难再有突破，不可能实现单次充电纯电动汽车续 甚至更远里程的目标[3, 4]。因此，发展新型的高容量和能量密度的必行，而选择基于多电子转化机理的电极材料是最有效的途径之
图 1.3 锂硫电池结构示意图Figure 1.3 Scheme structure of lithium-sulfur battery的关键材料主要由正极、电解质及负极组成，结构的电极应该有较好的导电性以满足电化学反应中电出。因为硫单质及其放电终产物硫化锂较差的导电10-30S/cm、3.6×10-7S/cm（25 C），正极通常由活结剂以及导电剂等组成；负极一般采用高比容量（解质作为锂离子传导的载体，位于正负极之间，在醚类溶剂及锂盐组成，同时添加电子绝缘的多孔隔态电池体系中，电解质主要为单离子通道的锂离子者其混合导体等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A review of solid electrolytes for safe lithium-sulfur batteries[J]. Ying-Zhi Sun,Jia-Qi Huang,Chen-Zi Zhao,Qiang Zhang. Science China（Chemistry）. 2017(12)
[2]锂硫电池硫基复合正极材料发展综述[J]. 唐泽勋,叶红齐,韩凯,王治安. 电子元件与材料. 2017(10)
[3]CeO2纳米晶的添加对锂硫电池电化学性能的影响[J]. 马国强,温兆银,王清松,靳俊,吴相伟,张敬超. 无机材料学报. 2015(09)
[4]Li-S电池硫正极性能衰减机理分析及研究现状概述[J]. 刁岩,谢凯,洪晓斌,熊仕昭. 化学学报. 2013(04)
[5]锂离子电池有机电解液电导率的影响因素[J]. 庄全超,刘文元,武山. 电池工业. 2005(05)
本文编号：3111579
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