锂硫电池硫电极添加剂的研究
发布时间：2021-06-21 19:10
作为下一代最具潜能的新型电池系统,锂硫二次电池因其1675 mAh g-1的高理论比容量,低成本和对环境友好等优点,得到了广泛的关注。然而在实际应用过程中却因单质硫及放电终产物Li2S2/Li2S的低电导率造成的反应动力学缓慢和充放电过程中多硫化物的穿梭效应,导致容量衰减快、循环稳定性差和自放电严重。针对正极中存在的这两大问题,本文分别将金属类无机化合物和金属酞菁类有机化合物作为添加剂引入锂硫电池体系,来改善应用性能。本文对金属类无机化合物添加剂的研究主要包括贵金属铂、过渡金属钴和碳化钨。采取将添加剂加入到正极和对隔膜与正极接触表面进行修饰两种实验方法,实验发现用铂碳材料对隔膜进行修饰具有更好的效果,在0.5 C下充放电400次,放电比容量仍可维持在550 mAh g-1,并且后300圈中平均每圈衰减率仅为0.078%。通过分析测试发现,铂碳材料层的添加不仅可以吸附固定多硫化物从而缓解穿梭效应,还可以作为上层集流体提高活性物质的利用率并利用金属铂对多硫化锂转化过程的电催化作用加...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂硫电池典型的充放电曲线
第 1 章 绪论，开启了碳材料结构设计应用于锂硫电池的先河。随后，Jayaprakash氧化硅为硬模板，以沥青为碳源，制备出多孔的中空碳球，并与硫进行锂硫电池正极材料，循环稳定性较好，经 100 圈循环后，容量保持率可。Choi 等[32]运用超声波喷雾热解法以蔗糖为碳源制备出了内部为大孔而外部分布微孔的分层孔结构碳载体，如图 1-2 所示，这种结构的碳材大部分的硫限制在中心的大孔和中孔内，而外部的微孔又可吸附多硫6 wt%的载硫量下，当电流密度为 0.06C 时，首次放电比容量达到 141且在 2.4 C 的电流密度下经 500 次的充放电后，比容量保持 77%。
加剂效果更好，为后续添加剂材料的筛选指出方向。随后，Zhan化 TiC 和半导体 TiO2的电化学作用进行比较分析，强调了极性材性对电池循环过程反应动力学的重要影响。此外，Nazar 课题组[51]金属氧化物与多硫化锂之间的化学作用机理展开研究，发现这一吸氧化物的氧化还原电势直接相关，并按其相对于 Li/Li+的电势将这分为三类，提出当金属氧化物（如 MnO2、VO2），电位处于 2.4，可以在表面与活性物质发生电化学反应，先生成硫代硫酸盐中间为放电产物 Li2S，从而缩短反应途径、加速整体反应过程。了上述用极性-极性相互作用束缚多硫化锂外，路易斯酸碱作用理锂硫电池中。这是因为活性物质硫在最外层轨道上有一对孤对电子离子（Sn2-）属于弱的路易斯碱，因而属于路易斯酸类的金属有机骨架被引入锂硫体系。Xiao 等[52]以 Ni-MOF 和 Co-MOF 材料为载体并，揭示了多硫化物与 MOF 材料的作用机理，认为金属 Ni 可作为与多硫离子相互作用，为多硫化锂的吸附提供活性位点。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂硫电池中的表面修饰[J]. 温兆银,靳俊,谷穗,马国强. 硅酸盐学报. 2017(10)
[2]锂硫电池先进功能隔膜的研究进展[J]. 黄佳琦,孙滢智,王云飞,张强. 化学学报. 2017(02)
[3]几类面向电网的储能电池介绍[J]. 蒋凯,李浩秒,李威,程时杰. 电力系统自动化. 2013(01)
[4]智能电网储能用二次电池体系[J]. 陶占良,陈军. 科学通报. 2012(27)
[5]锂硫电池关键材料研究进展与展望[J]. 董全峰,王翀,郑明森. 化学进展. 2011(Z1)
本文编号：3241242
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂硫电池典型的充放电曲线
第 1 章 绪论，开启了碳材料结构设计应用于锂硫电池的先河。随后，Jayaprakash氧化硅为硬模板，以沥青为碳源，制备出多孔的中空碳球，并与硫进行锂硫电池正极材料，循环稳定性较好，经 100 圈循环后，容量保持率可。Choi 等[32]运用超声波喷雾热解法以蔗糖为碳源制备出了内部为大孔而外部分布微孔的分层孔结构碳载体，如图 1-2 所示，这种结构的碳材大部分的硫限制在中心的大孔和中孔内，而外部的微孔又可吸附多硫6 wt%的载硫量下，当电流密度为 0.06C 时，首次放电比容量达到 141且在 2.4 C 的电流密度下经 500 次的充放电后，比容量保持 77%。
加剂效果更好，为后续添加剂材料的筛选指出方向。随后，Zhan化 TiC 和半导体 TiO2的电化学作用进行比较分析，强调了极性材性对电池循环过程反应动力学的重要影响。此外，Nazar 课题组[51]金属氧化物与多硫化锂之间的化学作用机理展开研究，发现这一吸氧化物的氧化还原电势直接相关，并按其相对于 Li/Li+的电势将这分为三类，提出当金属氧化物（如 MnO2、VO2），电位处于 2.4，可以在表面与活性物质发生电化学反应，先生成硫代硫酸盐中间为放电产物 Li2S，从而缩短反应途径、加速整体反应过程。了上述用极性-极性相互作用束缚多硫化锂外，路易斯酸碱作用理锂硫电池中。这是因为活性物质硫在最外层轨道上有一对孤对电子离子（Sn2-）属于弱的路易斯碱，因而属于路易斯酸类的金属有机骨架被引入锂硫体系。Xiao 等[52]以 Ni-MOF 和 Co-MOF 材料为载体并，揭示了多硫化物与 MOF 材料的作用机理，认为金属 Ni 可作为与多硫离子相互作用，为多硫化锂的吸附提供活性位点。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂硫电池中的表面修饰[J]. 温兆银,靳俊,谷穗,马国强. 硅酸盐学报. 2017(10)
[2]锂硫电池先进功能隔膜的研究进展[J]. 黄佳琦,孙滢智,王云飞,张强. 化学学报. 2017(02)
[3]几类面向电网的储能电池介绍[J]. 蒋凯,李浩秒,李威,程时杰. 电力系统自动化. 2013(01)
[4]智能电网储能用二次电池体系[J]. 陶占良,陈军. 科学通报. 2012(27)
[5]锂硫电池关键材料研究进展与展望[J]. 董全峰,王翀,郑明森. 化学进展. 2011(Z1)
本文编号：3241242
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