可充锂硫电池电解液体系研究
发布时间：2021-06-11 09:14
科学与新兴技术（新能源汽车、智能电网等）的不断发展推动了对高能量密度储能体系的需求。锂离子电池因受限于其理论容量已经不能满足当前高能量密度电池体系的要求。而锂硫电池体系的理论比容量远远高于传统锂离子电池,有望成为新一代锂二次电池体系;然而锂枝晶生长和多硫离子穿梭等一系列问题仍然阻碍着该电池的实际应用。本论文通过设计开发新型电解液来改善锂负极表面SEI膜的性能并抑制锂枝晶的生长,同时,结合无穿梭效应的S@pPAN复合正极材料来解决库伦效率低的难题,以此来提高电池的循环稳定性。具体研究成果如下:1.开发设计了基于气相氧化铝纳米颗粒的凝胶电解液（LiPF6/EC-DMC+8 wt.%Al2O3）。这种凝胶电解液不仅保持了高离子电导率,同时还促使电极表面形成了含有LiAlF4成分的致密稳定的SEI膜,有效降低了电极的界面阻抗。该凝胶电解液与锂负极具有良好的相容性,Li|Li对称电池在0.25 mA cm-2的小电流密度下能稳定循环1400 h,并且金属锂在凝胶电解液中可以实现无锂枝晶的...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同锂二次电池体系的能量密度表[16]
上海交通大学硕士学位论文-3-1.2锂硫电池研究概述1.2.1锂硫电池工作原理图1-2展示了目前四种主要的锂二次电池的工作原理：(a)锂离子电池，（b）锂金属电池，（c）锂硫电池，（d）锂空气电池。虽然这四种电池体系在结构上有所不同，但其基本原理还是相似的：电池在充电状态下，锂离子从正极或空气电极进入到电解质中，负极表面的锂离子接收电子在锂金属表面进行沉积或者在嵌锂负极进行电化学嵌锂；放电时则相反。在锂二次电池反复充放电的过程中，锂离子在正负极间不断穿梭，电能与化学能实现相互转换[17]。图1-2四种锂二次电池示意图：（a）锂离子电池；（b）锂金属电池；（c）锂硫电池；（d）锂空气电池[18]Fig.1-2Schematicillustrationsof(a)Li-ioncells,(b)Limetalcells,(c)Li-Scells,and(d)Li-O2/aircells[18]锂硫电池的结构与其他锂二次电池类似，都是由正极活性材料、负极和有机电解液组成。只不过在锂硫电池体系中，正极活性物质为硫材料。硫单质在正常状态下是主要是以冠状分子S8形式存在，在电化学反应过程中其化学能与电能相
上海交通大学硕士学位论文-4-互转化功能主要是通过S-S键的断裂/形成来实现的，具体反应机理如图1-3所示[19,20]。图1-3锂硫电池反应机理[21]Fig.1-3ReactionmechanismofLi-Sbatteries[21]从图1-3我们可以看出，锂硫电池在充放电的过程中，硫的具体存在形式随着充放电程度而变化。在放电状态下，固相硫单质S8通过双电子还原形成各种多硫化物中间体（Li2Sn（n=1-8））。随着放电电压的不断降低，最后多硫化物中间体进一步得到电子和锂离子发生还原反应形成硫化锂（Li2S）[22]。图1-4锂硫电池主要反应机理以及可能存在的问题[18]Fig.1-4Schematicrepresentationofelectrochemicalreactions,reactionprocesses,anddegradationmechanismsinLi-Sbatteries[18]
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]锂离子电池概述及负极材料研究进展[J]. 赵灵智. 广东化工. 2009(05)
博士论文
[1]用于锂硫电池的石墨烯材料[D]. 杜真真.中国科学技术大学 2018
[2]锂硫电池硫基正极材料与电解液研究[D]. 袁艳.中南大学 2014
硕士论文
[1]锂硫电池正极材料的制备与性能研究[D]. 左晨.南京大学 2018
[2]高稳定性、高容量锂硫电池的研究[D]. 蔡文龙.浙江大学 2016
[3]锂硫电池硫/碳复合正极材料的研究[D]. 李振华.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3224253
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同锂二次电池体系的能量密度表[16]
上海交通大学硕士学位论文-3-1.2锂硫电池研究概述1.2.1锂硫电池工作原理图1-2展示了目前四种主要的锂二次电池的工作原理：(a)锂离子电池，（b）锂金属电池，（c）锂硫电池，（d）锂空气电池。虽然这四种电池体系在结构上有所不同，但其基本原理还是相似的：电池在充电状态下，锂离子从正极或空气电极进入到电解质中，负极表面的锂离子接收电子在锂金属表面进行沉积或者在嵌锂负极进行电化学嵌锂；放电时则相反。在锂二次电池反复充放电的过程中，锂离子在正负极间不断穿梭，电能与化学能实现相互转换[17]。图1-2四种锂二次电池示意图：（a）锂离子电池；（b）锂金属电池；（c）锂硫电池；（d）锂空气电池[18]Fig.1-2Schematicillustrationsof(a)Li-ioncells,(b)Limetalcells,(c)Li-Scells,and(d)Li-O2/aircells[18]锂硫电池的结构与其他锂二次电池类似，都是由正极活性材料、负极和有机电解液组成。只不过在锂硫电池体系中，正极活性物质为硫材料。硫单质在正常状态下是主要是以冠状分子S8形式存在，在电化学反应过程中其化学能与电能相
上海交通大学硕士学位论文-4-互转化功能主要是通过S-S键的断裂/形成来实现的，具体反应机理如图1-3所示[19,20]。图1-3锂硫电池反应机理[21]Fig.1-3ReactionmechanismofLi-Sbatteries[21]从图1-3我们可以看出，锂硫电池在充放电的过程中，硫的具体存在形式随着充放电程度而变化。在放电状态下，固相硫单质S8通过双电子还原形成各种多硫化物中间体（Li2Sn（n=1-8））。随着放电电压的不断降低，最后多硫化物中间体进一步得到电子和锂离子发生还原反应形成硫化锂（Li2S）[22]。图1-4锂硫电池主要反应机理以及可能存在的问题[18]Fig.1-4Schematicrepresentationofelectrochemicalreactions,reactionprocesses,anddegradationmechanismsinLi-Sbatteries[18]
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]锂离子电池概述及负极材料研究进展[J]. 赵灵智. 广东化工. 2009(05)
博士论文
[1]用于锂硫电池的石墨烯材料[D]. 杜真真.中国科学技术大学 2018
[2]锂硫电池硫基正极材料与电解液研究[D]. 袁艳.中南大学 2014
硕士论文
[1]锂硫电池正极材料的制备与性能研究[D]. 左晨.南京大学 2018
[2]高稳定性、高容量锂硫电池的研究[D]. 蔡文龙.浙江大学 2016
[3]锂硫电池硫/碳复合正极材料的研究[D]. 李振华.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3224253
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