锂硫电池隔膜修饰材料的研究进展

锂硫电池(LSBs)是一种高理论能量密度(2 600 Wh·kg^-1)的储能器件,但反应迟滞以及多硫化锂(LiPS)的穿梭等问题严重限制了LSBs的发展。目前广泛认为,隔膜修饰层的功能化改性可以显著地提升LSBs的电化学特性。因此,主要综述了近年来LSBs隔膜修饰材料的最新进展,分别总结了金属类材料、框架材料、聚合物材料以及预锂化材料等隔膜修饰材料的作用机理及其LSBs实操储能性能,并讨论了理想的隔膜修饰材料,旨在为未来LSBs实际应用材料的开发利用提供有益的参考。     

锂硫电池中的催化应用

锂硫电池以其高理论比容量、环境友好和低成本等优点成为理想的下一代高能量密度储能装置。但活性材料的绝缘特性、多硫化物的穿梭效应和硫物种缓慢的动力学转化过程,导致电池性能持续衰减,是目前阻碍锂硫电池商业化发展的关键。利用催化材料加速硫物种转化,研究催化氧化还原动力学,从而实现高性能锂硫电池的开发、认知硫物种微观转化机制,是近年来受到广泛关注的研究热点。本综述从理解多硫化物产生、转化和硫化锂沉积等角度入手,讨论了锂硫化学中的催化转化特点,综述了近年来锂硫电池催化材料的研究进展,评述了催化剂的设计策略与评价方法,可为高活性锂硫电池催化剂材料提供一定的借鉴。     

乙炔黑修饰玻璃纤维隔膜及其在锂硫电池中的应用研究

锂硫电池因其硫电极导电性差及容量衰减快等问题限制了其应用。为了提高锂硫电池的比容量、倍率性能及循环稳定性等电化学性能,本研究利用乙炔黑对玻璃纤维(GF)进行表面修饰,得到了一种新型的乙炔黑/玻璃纤维复合隔膜(CGF)。研究发现,在纯硫电极下,使用CGF隔膜的锂硫电池在电流密度为0.2C时,其起始比容量达到1550mAh/g。且在1C和2C高电流密度下,其比容量仍分别达到了960mAh/g和691mAh/g,长循环300圈后容量保持率分别为65%和58%。然而,使用GF隔膜的锂硫电池在0.2C时起始比容量仅为1113mAh/g。且其比容量衰减快,循环300圈后,比容量仅为517mAh/g;当电流密度增加到0.5C及以上时,锂硫电池基本不能释放容量。通过乙炔黑修饰玻璃纤维隔膜并将其应用于锂硫电池,有效地提高了电池的比容量、循环稳定性和倍率性能。     

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。     

聚吡咯修饰氧化铁纳米片改善锂硫电池性能

采用酸刻蚀诱导的原位生长法在α-Fe₂O₃纳米片表面修饰聚吡咯,其中对甲苯磺酸起到刻蚀与掺杂的作用,Fe₂O₃纳米片表面被刻蚀出的Fe³⁺作为氧化剂,使得吡咯在Fe₂O₃纳米片表面聚合生长,对甲苯磺酸根作为对阴离子掺杂于聚吡咯分子结构中,得到Fe₂O₃@PPy复合纳米片。通过调节刻蚀环境与Fe₂O₃纳米片的投料量控制聚吡咯的修饰量,制得系列Fe₂O₃@PPy复合纳米片。当对甲苯磺酸和Fe₂O₃摩尔比为12:1时,Fe₂O₃@PPy复合纳米片获得优异的电化学性能。1 C下的初始容量为468.7 mA·h·g^-1,循环500次后仍保持414.5 mA·h·g^-1的容量,容量保持率...     

微孔碳材料修饰的隔膜用于高性能锂硫电池

锂硫电池具有较高的能量密度,是有发展前景的能量存储体系之一。但“穿梭效应”严重制约了锂硫电池的实际应用,为解决该问题,本文通过简单的一步热解法合成了孔径均匀的微孔碳材料,探究了微孔碳材料修饰隔膜后对锂硫电池性能的影响。结果表明,制备的微孔碳材料孔径集中在0.56nm左右,修饰隔膜后不仅能够有效抑制“穿梭效应”的产生,还有利于加快锂离子的传输,确保正极一侧溶解的多硫化物的再次利用。在0.1C的电流密度下,采用微孔碳材料修饰隔膜的电池首次放电比容量为1359mAh/g,循环100次之后容量能保持在966mAh/g,而修饰之前的传统聚丙烯隔膜,循环100次之后的比容量仅为409mAh/g;在1C的电流密度下循环500圈后,采用微孔碳材料修饰隔膜的电池容量保持率为88%,表现出优异的循环稳定性。     

锂硫电池粘结剂研究进展

锂硫电池(Li-S)由于高理论比容量,低成本和环境友好性,有望满足对便携式电子产品之外的先进能量储存的日益增长的需求,并减轻环境问题。其中,正极粘结剂对电芯性能,包括循环、膨胀等关键性能起到决定性作用,但是相关的总结类文章鲜有报道。基于此,本文总结概括了锂硫电池正极粘结剂的作用机理和研究进展,并重点介绍了几种新型粘结剂的性能特点和应用。通过对各种正极材料粘结剂的归纳和分析,提出了影响粘结剂效果的重要影响因素,同时对未来正极粘结剂的发展提出建议。     

MXene在锂硫电池隔膜中的应用

为了抑制锂硫(Li–S)电池中多硫化物的穿梭效应,制备了二维MWCNTs/MXene修饰的PP(聚丙烯)隔膜。以其组装的锂硫电池在0.5C下具有1 317.4 m A·h/g的初始放电比容量;经过100圈充放电循环后,保留了580 m A·h/g的放电容量,容量保持率为59.87%。     

锂硫电池模拟与仿真

多硫化物沉淀反应造成电极活性比表面积大量减少,是锂硫电池放电性能降低的主要原因。采用形核-生长沉淀模型描述锂硫电池沉淀过程。同时,采用误差函数erf（x）修正锂硫电池活性比表面积减少对电池放电阶段性能的影响。在实验数据与计算结果相吻合的前提条件下,进一步计算结果表明：多硫化物Li₂S₂和Li₂S较高的生长速率可以提高放电电压平台,而增加S^2-的形核和生长速率均有利于提高锂硫电池的放电容量。     

锂硫电池功能化粘合剂研究进展

随着可持续能源的发展和电子设备及电动汽车对储能设备性能要求的不断提高，高能量密度的锂硫电池体系受到了广泛关注。当前锂硫电池仍然面临单质硫和其放电产物的电子绝缘性、多硫化物的“穿梭效应”和循环过程中体积形貌的变化等科学与技术问题，阻碍其实际应用。针对锂硫电池的上述瓶颈，设计多功能粘合剂有望提升活性材料的利用效率及循环寿命。本文在近年来研究的基础上综述了锂硫电池中粘合剂的研究进展，具有包括面向抑制副反应的粘合剂、面向稳定电极片的多维度粘结的粘合剂和面向低界面电阻的粘合剂，并展望了锂硫电池多功能粘合剂面临的科学挑战和未来发展的机遇。     

锂硫电池隔膜改性研究进展

锂硫电池因其具有较高的理论比容量和高能量密度被誉为下一代动力电池的最佳候选之一。引起研究者们的广泛关注,成为新型锂电池研究热点。隔膜作为电池的重要组成部分,起到解决多硫化锂穿梭效应和抑制锂枝晶的作用,是提升电池各方面性能的关键。商业膜因其具有良好的机械性能和适用于连续生产以及较低的成本,目前现阶段对隔膜的研究主要集中在对商业隔膜Celgard系列的改性方面。本文主要从改性隔膜涂层的种类和作用机理方面综述了锂硫电池隔膜改性的最新研究现状。     

锂硫电池中间层的研究进展

锂硫电池因其能量密度高、成本较低、绿色环保等特点近年来受到广泛关注,但是当采用醚类电解液时,反应的中间产物会发生溶解穿梭导致活性物质流失和库仑效率低等严重问题,在正极和隔膜之间嵌入功能性中间层是解决这些问题的有效手段。对近年来锂硫电池中间层的研究进展进行了介绍,从抑制多硫化物扩散、降低正极界面电阻以及提升反应动力学三个方面对中间层进行分类总结,并展望了锂硫电池功能性中间层未来的设计方向和发展前景。     

锂硫电池电解质的研究

文章综述了锂硫电池有机液态、凝胶聚合物和全固态电解质的研究进展;阐述了锂硫电池电解质现阶段研究工作中存在的问题,并展望了锂硫电池电解质未来的研究方向。     

过渡金属硫化物在锂硫电池中的应用

TMSs相比于硫具有较好导电性,同时对多硫离子有优异的吸附性,可以用来固定多硫离子,从而有效解决锂硫电池导电性较差、多硫分子"穿梭效应"、易过充等问题。系统介绍了TMSs在锂硫电池中的应用情况,主要包括应用在锂硫电池中TMSs的种类,TMSs的形貌,以及TMSs与硫的负载方法的应用研究。     

钛基化合物在锂硫电池中的应用

锂硫电池是极具实用前景的新型高能量密度电池体系之一,但在充放电过程中会产生可溶于液态电解液的多硫化锂,引发穿梭效应和硫的快速损失,导致电池的容量和循环性能难以满足实用化的要求。钛基化合物的结构多样且易于调控,对多硫化锂也有较强的吸附能力和催化转化活性,是抑制穿梭效应的常用材料之一。主要介绍了钛基化合物对多硫化锂的物理限域、化学吸附和催化转化能力等性质,系统讨论了不同种类的钛基化合物在锂硫电池正极中的作用,在此基础上对钛基化合物在锂硫电池中的应用前景进行了探讨。     

凝胶聚合物电解质在锂硫电池中的应用状况

从凝胶聚合物电解质的制备方法 (原位聚合法和溶液浇铸法)出发,对锂硫电池中凝胶聚合物电解质的应用展开了探究。     

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。     

锂硫电池正极材料的研究进展

简要介绍了锂硫电池正极材料的分类与循环性能,叙述了硫-多孔碳材料、硫-石墨烯复合材料以及硫-聚合物复合材料的常见合成方法和特点,详细分析了硫-微孔碳材料、硫-氧化石墨烯材料、硫-聚丙烯腈材料、硫-聚吡咯材料以及硫-聚苯胺材料的研究与应用现状,并探讨了锂硫电池正极材料的发展前景。     

高性能锂硫电池材料的研究进展

文章对锂硫电池主要材料的改性现状做了简要的介绍,论述了近年来锂硫电池正极、负极和电解液的改性方法和作用,对相关研究进行总结并对锂硫电池的未来发展进行展望。