石墨烯在锂硫电池中的应用

锂硫电池具有很高的能量密度[2 600(W·h)/kg],其正极材料硫具有储藏丰富、对环境友好等优点,因此锂硫电池成为下一代二次电池的研发重点。然而,硫的高绝缘性、反应过程中体积的变化以及中间产物多硫离子溶解等难题,使其目前很难实现商品化。石墨烯具有超高的导电性和优异的力学性能,其与硫制成的复合材料作为电池正极材料可以有效地解决上述问题。从石墨烯–硫复合材料、石墨烯–碳–硫复合材料、石墨烯–聚合物–硫复合材料、石墨烯–氧化物–硫复合材料等方面出发,总结了石墨烯在锂硫电池中作为正极材料的最新进展,并且提出了未来石墨烯在锂硫电池中应用的研究主要在探索石墨烯简捷的制备方法、研究石墨烯新的应用方式、开发多种材料复合等方面。     

碳基/硫复合材料用于锂-硫电池正极的研究

锂-硫电池得益于其高的理论比容量和能量密度,受到了很多科研人员的关注,它集绿色无污染、价格实惠、来源广阔等多种优点于一身,激发了专家学者的探索兴趣。其中锂-硫电池的正极材料是影响电池性能好坏的一个重要因素,现今碳材料的高导电性成为硫宿主材料的研究热点之一。本文主要介绍了几种碳基复合材料用于锂-硫电池的正极设计以及性能研究。     

锂硫电池硫基碳正极材料的研究进展

用于锂硫电池的碳质材料具有优异的力学、电学、导热性能,可调的孔结构以及丰富的表面特性,能有效地限制多硫化物的溶解,改善锂硫电池的电化学性能。因此,本文分别从一维碳、二维碳和三维碳这3个方面综述了锂硫电池硫基碳复合正极材料的研究进展,探讨了改性硫基碳正极材料的制备方法和结构设计。分析表明,高比表面积和高孔容积的多孔纳米碳材料对提高锂硫电池电化学性能而言至关重要,并提出用金属硫化物掺杂的有序介孔碳复合材料作为锂硫电池的正极材料能促进锂离子在正负极间的迁移,提高锂硫电池的循环稳定性和活性物质利用率。     

锂硫电池正极材料改性的研究进展

文章主要描述了化学改性碳质材料在锂硫电池中的应用进展,即利用化学改性在在石墨烯等碳质材料上掺杂一些非金属杂原子,使其作为锂硫电池的正极,通过与多硫化锂的化学键合作用,更高效的防止正极活性材料流失,抑制中间态物种LixSy的溶解和扩散。并总结了目前化学改性碳材料在锂硫电池中的研究进展。     

基于泡沫镍制备硫正极的研究

锂硫电池正极的制备通常包括硫载体材料的制备、硫载体材料覆硫制备硫正极复合材料、混浆料、涂片等工艺,制备工艺繁琐,且涂片时所用胶粘剂、导电碳会增加正极质量,减小了电池的比能量密度。为了解决上述问题,将氧化石墨烯与硫的混合物通过离心将其渗入泡沫镍孔隙中,经过还原氧化石墨烯后干燥得到硫复合材料。这种含泡沫镍的硫复合材料可直接用作硫正极,这种极片省去了胶粘剂、导电剂,也省去了混料、涂片等工艺,且载硫量可通过离心时间及次数来控制。此硫正极首次放电比容量可达1024.76mAh·g~(-1),循环50次后比容量为396.04mAh·g~(-1)基于泡沫镍制备硫正极是一种简单有效的方法。     

锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能

锂硫电池因具有超高的理论比容量(1675 mA·h·g~(-1))而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后,与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现,玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构,且表面具有大量的介孔结构,硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能,这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性,且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点,提高了硫的利用率。     

超大容量锂/硫电池硫基复合电极材料的研究进展

锂/硫电池具有高理论容量、高能量密度、原材料丰富而廉价并且对环境污染小等优点,受到了广泛的关注。然而硫电极导电率较低,循环过程中电极体积发生膨胀导致电极材料脱落,以及存在穿梭效应等缺点,从而制约了锂/硫电池的发展。结合近几年锂/硫电池硫基正极复合材料的研究现状,从硫/石墨烯复合电极材料、硫/碳复合电极材料、硫/导电聚合物复合电极材料三个方面进行阐述,介绍了它的研发状况及发展趋势。     

锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能

锂硫电池因具有超高的理论比容量（1675 mA·h·g^-1）而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后,与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现,玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构,且表面具有大量的介孔结构,硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能,这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性,且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点,提高了硫的利用率。     

锂硫电池硫基碳正极材料及其改性研究进展

综述了锂硫电池存在的问题和碳纤维、碳纳米管、氧化石墨烯、多孔碳四种碳材料的性能以及其在锂硫电池正极中的应用,并探讨了碳材料原位掺杂非金属(C、N、O、B等)和复合各种金属化合物对材料的导电性和对多硫化物吸附性能的影响,以及对锂硫电池循环性能的影响。提出非金属掺杂多孔碳材料复合金属化物作为锂硫电池正极碳材料来降低多硫化物的穿梭效应以及反应过程中的体积膨胀,提高活性物质利用率,进而提高锂硫电池性能。     

锂硫电池正极复合材料研究现状

锂硫电池由于其高理论能量密度(2600W·h/kg)而受到了广泛的关注,是极具应用前景的电池体系.硫基正极材料作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池性能的关键.然而锂硫电池还存在一些问题,如硫的利用率低及正极结构的稳定性差等.本文综述了近几年锂硫电池硫正极复合材料的研究现状,分别从硫/碳复合、硫/导电聚合物复合、硫/氧化物复合3个方面进行介绍,指出了未来锂硫电池正极材料要注意结合硫/导电聚合物及硫/氧化物的优势并注重材料结构的设计,向核壳或类核壳结构方向发展的趋势,同时还要提高载硫量,提高循环稳定性,以获得高性能的锂硫电池.     

锂硫电池硫基碳正极材料及其改性研究进展

综述了锂硫电池存在的问题和碳纤维、碳纳米管、氧化石墨烯、多孔碳四种碳材料的性能以及其在锂硫电池正极中的应用,并探讨了碳材料原位掺杂非金属(C、N、O、B等)和复合各种金属化合物对材料的导电性和对多硫化物吸附性能的影响,以及对锂硫电池循环性能的影响。提出非金属掺杂多孔碳材料复合金属化物作为锂硫电池正极碳材料来降低多硫化物的穿梭效应以及反应过程中的体积膨胀,提高活性物质利用率,进而提高锂硫电池性能。     

宁波材料所等在全固态锂硫电池研究方面取得进展

正近日,中国科学院宁波材料与工程研究所固态锂电池团队研究员姚霞银领导的小组与美国马里兰大学合作,设计了一种新型硫正极结构的全固态锂硫电池,通过在还原氧化石墨烯上沉积超薄(~2 nm)非晶态纳米硫层保持复合材料的高的电子传导率,进而将还原氧化石墨烯/硫复合材料均匀分散在超锂离子导体     

锂硫电池的正极与负极研究进展

锂硫电池由于其理论能量密度高,理论比容量高,环境友好等特性,成为最有潜力应用于电动汽车与电子设备的能量储存介质之一。然而由于锂硫电池的硫正极绝缘性,多硫化物的溶解导致的穿梭效应和锂负极枝晶等问题,阻碍了锂硫电池的商业化应用。介绍了锂硫电池正极材料的结构改进与锂负极材料的保护,包括使用不同类型的碳材料与导电金属氧化物用于正极的导电框架,以及使用电解液添加剂,人工保护层等方式对锂负极进行保护。最后,对锂硫电池的未来发展进行了展望。     

二维碳纳米片的设计合成及锂硫电池性能测试

本文设计合成了一种类沸石咪唑酯骨架衍生二维碳纳米片,并将其作为锂硫电池正极材料,测试电化学性能。产物采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N_2等温吸附脱附曲线、以及热重分析(TGA)进行表征。电化学测试结果表明,当制得二维碳纳米片包覆适量钴纳米颗粒,实测的锂硫电池的性能最佳,在0.5 C倍率下首圈放电比容量为1170 mAh·g~(-1),循环200圈后,比容量仍然有503.8 mAh·g~(-1)。因此,用该方法制备的二维硫/碳复合材料对于锂硫电池正极材料的研究具有重要意义。     

锂硫电池用硫化锂正极复合材料的研究现状

锂硫电池采用硫化锂作为正极材料时,不仅具有较高的理论比容量(1166m A?h/g),还可用高嵌锂能力的碳或硅材料代替金属锂负极,有效避免锂枝晶刺穿隔膜造成的短路现象,故该储能体系为国内外学者所广泛关注。本文围绕硫化锂/金属、硫化锂/碳、硫化锂/导电聚合物3类复合材料体系综述硫化锂正极复合材料近年来的研究现状。同时,对电极材料的设计和功能化制备进行了阐述,指出了硫化锂正极复合材料未来的研究方向应注重不同导电复合材料的协同使用,并注重电极材料的结构设计,向多元复合、多级结构方向发展。另外,还要通过降低硫化锂的粒径以提高活性物质负载量和循环稳定性,最终获得高性能的锂硫电池。     

改善锂硫电池循环性能的研究进展

综述了制约锂硫电池循环性能的因素和正极、负极、电解质对锂硫电池循环性能改善的影响。介绍了制约锂硫电池循环性能的主要因素：不可逆硫化锂的形成、硫正极多孔结构的失效和电解液组分与锂负极的副反应。分别介绍了改善锂硫电池循环性能的途径：合适的黏合剂、碳材料、正极制备工艺,锂负极保护技术,合理组分的电解质,电池结构与设计。并在此基础上对今后的发展趋势进行了展望。     

碳材料在锂硫电池中的应用研究

随着电动汽车和便携式电子设备的发展,锂硫电池因其高的理论比容量(1 675 m A·h/g)和高的理论能量密度(2 600 W·h/kg)而引起人们的广泛关注,在未来非常有可能成为常用的电源设备。然而,锂硫电池存在较低的离子和电子导电性、较差的循环性以及生成的多硫化物易溶于有机溶剂等缺点,严重制约了锂硫电池的应用。要解决上述问题,提高单质硫的导电性、抑制电极反应中的穿梭效应势在必行,因此如何改良正极材料仍然是研究的关键点。主要总结了近年来各种碳材料在锂硫电池正极材料中的应用研究现状及进展,简要阐述了这些碳材料应用于锂硫电池正极材料中存在的问题及面临的挑战,并对其未来的发展趋势进行了预测。     

导电高分子材料在锂硫电池中的应用研究进展

介绍了导电高分子材料包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩在锂硫电池构件中的应用。回顾了三种材料作为锂硫电池正极中的包覆层、硫载体、含硫聚合物、集流体和粘结剂以及隔膜改性剂和功能隔层的研究进展。分析表明,经过导电高分子包覆的硫颗粒或碳/硫复合材料具有更优异的倍率性能和循环稳定性;相比于聚苯胺或聚吡咯,商业化的聚噻吩水溶液在制备包覆层上具有工艺优越性。提出了锂硫电池中导电高分子材料的研发方向,即基于物理和化学固硫机理设计导电高分子包覆层、开发导电高分子材料的可控合成技术以及探索导电高分子材料的特殊固硫机理,以期为高性能锂硫电池中导电高分子的选材和设计提供思路。     

多级孔碳在锂硫电池正极中的研究进展

锂硫电池因其理论能量密度高、原材料丰富、成本低廉等优点而受到广泛关注。然而硫正极电导率低、体积膨胀、以及脱嵌锂过程中多硫化物产生的穿梭效应等问题限制了锂硫电池的商业化应用。其采用导电材料作为硫载体,一方面可缓解体积膨胀,另一方面可改善正极导电性,同时一定程度上限制多硫穿梭。多级孔碳由于具有导电性优良、结构稳定、孔径及形貌可控等优点,被认为是一种理想的硫载体。从锂硫电池的发展背景出发阐述了多级孔碳作为硫载体的研究意义,首先介绍了多级孔碳材料的制备方法如硬模板法、软模板法和活化法等,进一步介绍了碳材料中的微孔、介孔及大孔在锂硫电池中提升导电性、稳定结构和抑制多硫穿梭效应的作用机理,最后对多级孔碳作为硫载体推进锂硫电池的发展前景进行了展望。     

锂硫电池正极材料的研究进展

世界能源短缺危机日益严重,发展可再生能源成为必然趋势,而储能系统的研究则成为其中的关键。另外,锂离子电池在电子设备中有着重要的作用,但是其较低的理论比容量,使之难以满足大型电子设备的需求。锂硫电池具有数倍于锂离子电池的理论比能量密度(2 600 Wh·kg^-1)和理论比容量(1 675 mAh·g^-1),而且单质硫储量丰富、价格低廉,因此锂硫电池是非常具有应用前景的储能器件。正极材料对锂硫电池性能具有重要的影响,并得到广泛研究。本文综述了近年来硫/碳、硫@碳/金属化合物、硫/杂原子掺杂碳以及负载催化剂的硫/碳等各类复合材料在锂硫电池中的研究进展,并对其发展进行了展望。