杂原子掺杂碳/二硫化钴的制备及其锂硫电池隔膜改性与应用研究
发布时间:2021-06-15 00:57
在过去的几十年,社会的快速发展导致了化石燃料的大量消耗。因而,人类不得不面对即将出现的能源危机。而能源危机将会阻碍社会的发展。同时,化石燃料的使用也造成了严重的环境污染,继而威胁生态安全。因此,发展可再生清洁能源具有重要意义。自然能源,如风能和水能,具有清洁和廉价的优点。但其固有的间接性不足和难以携带等特点,严重制约了其进一步开发与利用。目前,可充电电池被认为是应对以上问题的有效策略,并已成为科学研究以及实际应用的热点。近年来,科学技术和新能源汽车市场的快速发展极大地推动了绿色、廉价、高能量密度能源体系的发展。然而,锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)的正极材料是由重金属化合物组成的,易对环境造成污染。此外,正极材料价格昂贵,且资源短缺。相比之下,单质硫具有资源丰富、价格便宜以及环境友好的优势。值得注意的是,锂硫电池(LSBs)具备极高的能量密度及理论容量(2600 W h kg-1和1675 mA h g-1),因此受到热切关注。然而,LSBs也存在一些固有的缺陷,严重影响着电池的循环性能和使用寿命。例如,可溶性多硫化物存在严重的穿梭行为,易导致活性物质的损失。另外,多硫化...
【文章来源】:中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】:184 页
【学位级别】:博士
【部分图文】:
图1.1?LSBs构造示意图??
?第一章绪论???discharge?charge??e???e??■????Load/Ou>rs?r?mmm4"?"|??證, ̄??:;??Carbon?additive???艺—nder??图1.1?LSBs构造示意图??c?@?Address??\?3.〇?-?poiysulphide?solubility??^?\?Charge?process??|?^-??1?Li2S8?^??Q>?1,5? ̄?L丨L丨2S4?1丨2¥2?N??(2?Discharge?process?y?5????1?>??〇?1,000??Capacity?(mAh?g'1)??图1.2?LSBs的典型充放电曲线??图1.1为LSBs电池的构造示意图。正极由单质硫、导电炭黑以及粘结剂组??成,隔膜主要为聚烯烃类材料,位于正极与负极之间,充当隔离层以防止电池短??路。电解液通常采用醚类电解液,负极是金属锂[1]。电池在工作状态下发生的反??应如下:??电池反应:S8+16Li????8Li2S?(1-1)??正极反应:S8?+?2e_????S82'?(1-2)??3Sg2-?+?2e-——??4S62'?(1-3)??2S62'?+?2e-——??3S42'?(1-4)??S42'?+?2e-——??2S22'?(1-5)??S22'?+?2e-——??2S'?(1-6)??负极反应:2Li?——??2e?+?2Li+?(1-7)??在其放电曲线中,可以看到位于2.4-2.1和2.1-1.5?V的两个明显的放电平??台。首先,单质硫八元环发生还原反应形成长链Li2S8,进而被
?第一章绪论???IB1??广〇人〇?+\—S.+?Li+?—S厂+%奴丨〇八"??B3?〇??°i。+?Z-S.?—。工。???图1.3多硫化物中间体与(a)?DEC,?(b)?EC反应机理??(4)多硫化物穿梭效应??由上述可知,单质硫的初始放电产物为长链多硫化物。由于其在电解液中具??有极高的溶解度,故而在后续反应中无法全部返回正极,难以被重新利用。另外,??在浓度梯度驱动下,多硫化物会穿过隔膜到达锂负极,继而与其产生副反应形成??离子绝缘性的Li2S2及LbS,并包覆在锂负极表面。这同时也增加了锂负极和电??解液之间的Li+传输阻力,削弱了体系的反应动力学。此外,多硫化物和金属锂??的副反应会对负极产生腐蚀,破坏固态电解质(SEI)膜的形成,并加剧锂枝晶??的生长,从而对电池的安全性能产生威胁。易溶的长链多硫化物能够自由地穿过??隔膜,进而在正负极两侧形成严重的穿梭效应,损害电池性能。??1.2.2.?2锂负极方面??锂负极存在的问题主要有三种:一是金属锂与长链多硫化物之间存在严重的??副反应,进而不断地腐蚀电极表面,且引起活性物质的大量流失;二是金属锂本??身在循环过程中易产生树枝状锂枝晶。而上述副反应会进一步加剧锂枝晶的生长。??锂枝晶可能会刺穿电池隔膜,从而引发电池短路;三是金属锂反应活性高,遇到??空气及水易发生氧化放热,这也对LSBs的安全性能产生威胁。??1.2.?2.?3电解液方面??由于醚类溶剂沸点较低(DOL:?75?°C,?DME:?85?°C),且较于酯类溶剂具??有更低的燃点和更低的蒸气压,这使得LSBs在高温条件下工作受限。同时,有??机电解液具有易挥发性和可燃性。当
本文编号:3230578
【文章来源】:中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】:184 页
【学位级别】:博士
【部分图文】:
图1.1?LSBs构造示意图??
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