过渡金属化合物/碳复合材料助力高性能锂硫电池的研究
发布时间：2021-04-18 21:44
近年来,随着小型移动电子设备,动力电池和大规模能量储存转换系统的快速发展以及国家对发展新能源的重视,对储能体系的能量密度提出了更高的标准。锂硫电池因其在能量密度方面的绝对优势,受到重点关注。但是锂硫电池面临的活性物质利用率低,容量衰减快和面容量不高等问题给它的应用发展蒙上了一层阴影。本文通过物理限域和化学吸附并举来抑制穿梭效应,构筑高效稳定的“导电-吸附-催化”反应界面来促进多硫化物转化和设计高面容量硫正极,来开发放电容量大,循环性能稳定以及高面容量的锂硫电池。为减缓穿梭效应,利用低温水热法和静电作用设计合成了还原氧化石墨烯包覆空心磷酸铁纳米球（FePO4@rGO）复合材料,并作为硫载体应用于锂硫电池。其中,均匀包覆的rGO提供了出色的导电网络。同时rGO包覆和FePO4空心球壳对多硫化物的物理限域与FePO4自身对多硫化物的强化学吸附发挥协同作用,从而有效地抑制了穿梭效应,带来了稳定的循环性能。0.5 C循环1000圈的每圈容量衰减率仅为0.037%。为提高多硫化物转换速率,以进一步限制穿梭效应,运用溶剂热方法制备了硫...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同电极材料的比容量和电压对比
图 1.2 锂硫电池的(a)充放电曲线和(b)CV 曲线[33]整个放电过程具体详细分步来说的话，如图 1.2a 中所示：放电过程第一步，电压大约在 2.4 V，固态的 S8被缓慢还原为高阶的多硫化物 Li2S8，它在醚基电解液中具有高溶解度，溶解后可以暴露更多的固态硫，使活性物质缓慢溶解到电解液中参与反应。这一步还原反应为：S8 + 2 Li++ 2 e-→ Li2S8(1-1)随着放电的深入，大概从 2.3 V 到 2.1 V，开始进入快速地液-液相转换过程，即放电过程第二步，高阶的 Li2S8持续不断地被还原为低阶的多硫化物 Li2S6和Li2S4。由于它们在电解液中的易溶性，使得这个平台具有一个相对较快的反应动力学。此时的反应式为：3Li2S8+ 2 Li++ 2 e-→ 4 Li2S6(1-2)2Li2S6+ 2 Li++ 2 e-→ 3 Li2S4(1-3)
因此，如图 1.2a 的充电曲线所示，可逆充电过程，由此绝缘且难溶的 Li2S 和 Li2S2可以被氧化而逐步形成一个从固相到液相的转变。最后，随着充电的进行，多硫体硫单质，回到起点形成可逆循环。总体来说，锂硫电池，不仅是多步且多电子的电化学氧化还原过程，也是固液。电池的优势和面临的挑战池具有诸多引人注目的优势，如下所示：电池最显著优势的是在能量密度方面[35]。锂硫电池的理-1，再考虑到金属锂负极的理论容量为 3861 mAh g-1以及为 2.2 V，由此得到锂硫电池的理论能量密度高达的 25的锂电池(如钴酸锂/石墨电池为 387 Wh kg-1)的 5 倍还要池更加符合未来便携式电子设备和电动汽车等领域对能备受瞩目[36]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]《下一代二次电池》专辑序言[J]. 周震,董全峰. 电化学. 2019(01)
[2]锂离子电池的发展应用分析[J]. 李振源. 当代化工研究. 2018(11)
[3]全球硫资源供需形势分析[J]. 赵奎涛,张艳松,丛殿阁,王晓磊. 中国矿业. 2018(09)
[4]中国制造强国之路——解析《中国制造2025》[J]. 本刊编辑部. 机器人技术与应用. 2015(03)
[5]锂离子电池Sn基合金负极材料[J]. 褚道葆,李建,袁希梅,李自龙,魏旭,万勇. 化学进展. 2012(08)
[6]锂离子电池在储能领域的优势[J]. 吴宁宁,吴可,高雅,安富强,王雅和. 新材料产业. 2010(10)
本文编号：3146221
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同电极材料的比容量和电压对比
图 1.2 锂硫电池的(a)充放电曲线和(b)CV 曲线[33]整个放电过程具体详细分步来说的话，如图 1.2a 中所示：放电过程第一步，电压大约在 2.4 V，固态的 S8被缓慢还原为高阶的多硫化物 Li2S8，它在醚基电解液中具有高溶解度，溶解后可以暴露更多的固态硫，使活性物质缓慢溶解到电解液中参与反应。这一步还原反应为：S8 + 2 Li++ 2 e-→ Li2S8(1-1)随着放电的深入，大概从 2.3 V 到 2.1 V，开始进入快速地液-液相转换过程，即放电过程第二步，高阶的 Li2S8持续不断地被还原为低阶的多硫化物 Li2S6和Li2S4。由于它们在电解液中的易溶性，使得这个平台具有一个相对较快的反应动力学。此时的反应式为：3Li2S8+ 2 Li++ 2 e-→ 4 Li2S6(1-2)2Li2S6+ 2 Li++ 2 e-→ 3 Li2S4(1-3)
因此，如图 1.2a 的充电曲线所示，可逆充电过程，由此绝缘且难溶的 Li2S 和 Li2S2可以被氧化而逐步形成一个从固相到液相的转变。最后，随着充电的进行，多硫体硫单质，回到起点形成可逆循环。总体来说，锂硫电池，不仅是多步且多电子的电化学氧化还原过程，也是固液。电池的优势和面临的挑战池具有诸多引人注目的优势，如下所示：电池最显著优势的是在能量密度方面[35]。锂硫电池的理-1，再考虑到金属锂负极的理论容量为 3861 mAh g-1以及为 2.2 V，由此得到锂硫电池的理论能量密度高达的 25的锂电池(如钴酸锂/石墨电池为 387 Wh kg-1)的 5 倍还要池更加符合未来便携式电子设备和电动汽车等领域对能备受瞩目[36]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]《下一代二次电池》专辑序言[J]. 周震,董全峰. 电化学. 2019(01)
[2]锂离子电池的发展应用分析[J]. 李振源. 当代化工研究. 2018(11)
[3]全球硫资源供需形势分析[J]. 赵奎涛,张艳松,丛殿阁,王晓磊. 中国矿业. 2018(09)
[4]中国制造强国之路——解析《中国制造2025》[J]. 本刊编辑部. 机器人技术与应用. 2015(03)
[5]锂离子电池Sn基合金负极材料[J]. 褚道葆,李建,袁希梅,李自龙,魏旭,万勇. 化学进展. 2012(08)
[6]锂离子电池在储能领域的优势[J]. 吴宁宁,吴可,高雅,安富强,王雅和. 新材料产业. 2010(10)
本文编号：3146221
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