锂硫电池正极材料及其结构设计的研究

发布时间：2021-12-24 03:41

　　随着人们对电池体系能量密度的追求,锂硫电池、锂空气电池体系被人们越来越多的关注。因为锂硫电池体系能够与现有锂离子电池的工艺更好的结合,因此被认为最有希望产业化的下一代电池体系。尽管有大量工作对锂硫电池进行了研究,并且取得了一定的突破,然而硫正极低的电子电导率、飞梭效应、低的倍率性能和活性物质的利用率依然是棘手的问题。另外,复杂的制备方法使得成本效应逐渐显现出来。此外,目前多数的研究主要集中在低容量的纽扣电池,关于高容量的一体化的柔性Li-S电池体系研究相对欠缺。针对以上这些问题,我们分别对Li-S电池的正极进行了设计开发,隔膜的修饰改进,最后到柔性全电池的制备及其在可穿戴用电设备中的应用进行了初步探索。论文具体分如下四部分:1、概述了锂硫电池的工作原理,优势和不足。总结了锂硫电池中正极、负极、隔膜等方面的研究进展,提出了面临的问题和解决的策略。2、多孔碳化钼纳米棒作为新的锂硫电池双功能正极宿主材料。多硫化物的穿梭效应是锂硫电池的主要障碍。尽管人们已经通过各种方式努力来抑制穿梭过程,但仍然迫切需要具有高电导率的,同时对对多硫化物具有更强吸附能力的材料。在锂硫电池中,另一个重要问题是硫化锂... 

【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

锂离子电池主要应用的领域

普遍认为 Li-S 电池的在循环过程中需要经历以下几个过程：在放电过程中，固冠形的 S8开环生成链状的 Li2S8，对应着在 2.3 V 左右有第一个放电平台；随后转化为 Li2S6，Li2S4等溶于有机电解液的高阶多硫化物，相应在 2.3 V-2.1 V 之第二个放电平台；第三个放电平台在 2.1 V 左右，对应着可溶性的多硫化物转化的 Li2S2/Li2S。随后的充电过程是上述过程的逆反应。Li2S/Li2S2被氧化形成 Li24～8），不溶于电解液的固体转化为可溶的高阶多硫化物，之后进一步被氧化生单质硫。[3]

图 1-3 CMK-3 及其硫复合物 CMK-3/S 结构示意图。i-S 电池的正极材料 S/Li2S 是绝缘体。为了改善 Li-S 电池的电化学性能最直接高正极的电导率。目前为止，碳材料是研究并应用最为广泛的导电材料。它具电性，化学和电化学性质稳定，结构和形貌可调等优势。因此，碳/硫复合物应用研究，同样也是非常有效的改善 Li-S 电池性能的方式之一。在 Li-S 电池这些碳材料可以用作硫及其衍生物的宿主材料或者包覆材料。其中，开创性工09 年 Nazar 等人开发的一种高度有序的介孔碳/硫正极并在 Li-S 电池中应用。


本文编号：3549753