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。     

二氧化锰纳米片改性隔膜在锂硫电池中的应用

锂硫电池具有较高的理论能量密度,被认为是最有发展潜力的下一代高能量密度储能器件之一。然而多硫化物穿过隔膜形成的穿梭效应导致电池容量衰减过快、使用寿命降低,严重阻碍了锂硫电池商业化。以层状氧化石墨烯为模板,采用氧化还原法合成了二氧化锰纳米片,通过低压抽滤获得二氧化锰改性隔膜。利用TEM、XRD、FTIR、SEM、AFM等对该二氧化锰纳米片及改性隔膜的微观结构、形貌等进行表征;采用恒电流充放电、循环伏安法、电化学阻抗法对二氧化锰改性隔膜电化学性能进行测试。研究结果表明,二氧化锰纳米片能均匀覆盖聚丙烯隔膜表面的微孔,通过物理阻隔和催化作用,有效抑制了多硫化物的穿梭,提高了锂硫电池的比容量和循环稳定性。     

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%。     

聚丙烯腈/聚偏氟乙烯基复合材料在锂硫电池隔膜中的应用

本文利用聚丙烯腈(PAN)与聚偏氟乙烯(PVDF)的共混物,通过静电纺丝技术制备了PAN/PVDF的纳米纤维薄膜,然后通过真空抽滤的方法分别向纤维薄膜中抽滤纳米二氧化硅(SiO_2)和导电炭黑(Super P),最后将两张填充了不同纳米粒子的薄膜压制成一张锂硫电池隔膜。该隔膜在0. 2C电流测试下首圈放电比容量达到1268mAh/g,循环50圈后的放电比容量629 m Ah/g,并且在1C充放电循环100圈后其放电比容量还有680m Ah/g。与商业相比,该隔膜具有更好的电化学性能。     

锂硫电池隔膜的研究现状

锂硫电池具有较高的理论比容量(1 675 mAh/g)和能量密度(2 600 Wh/kg)优势,并且用于该电池的活性物质单质硫廉价、环境友好,被认为是目前最具发展潜力的新一代高能量密度的电化学储能体系之一。隔膜作为锂硫电池的关键材料之一,其性能优劣将会直接影响锂硫电池的性能。本文主要综述了锂硫电池隔膜的种类、改性方法等方面的研究进展,建议开发新的高品质锂硫电池隔膜材料,最终使其电化学性能得以提高。     

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。     

羟基化纳米多孔碳改性锂硫电池隔膜的研究

锂硫电池作为新一代二次电池拥有超高的理论能量密度,为解决其穿梭效应引起的容量快速衰减的问题,通过在隔膜上修饰一层功能性的中间层来抑制穿梭效应是简单而行之有效的方法,本文研究了羟基化纳米多孔碳中间层材料及其构效关系,实验得出使用孔径为100 nm的羟基化多孔碳材料NPC-100能够有效的抑制穿梭效应,提升电池循环性能。     

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。     

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/硫电池正极材料的改性研究进展

为了解决锂/硫电池中硫基电极材料导电性差且存在着穿梭效应、体积膨胀效应等缺点,人们进行了大量的改性研究。其中,用氮掺杂的多孔碳材料容易对电解液中溶解的多硫化物活性材料进行更好的吸附,从而抑制了锂/硫电池中多硫化物的溶解和迁移而引起的穿梭效应;另外,导电聚合物具有较好的电子导电性,作为硫/碳复合材料的载体,可以提高硫基电极材料的电导率,使锂/硫电池具有更好的循环稳定性。对锂/硫电池硫基复合电极材料的上述2种重要改性方法进行了详述,介绍了在锂/硫电池中的应用研究进展状况,并对上述材料在电化学储能中的应用进行了展望。     

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。     

纳米碳/硫复合材料在锂硫电池正极中的应用研究进展

锂硫电池具有高能量密度(2600 Wh·kg-1)和高理论比容量(1675 mAh·g-1)的优越特性,引起了研究者的极大关注.然而,锂硫电池(LSBs)的商业化应用,仍然面临硫的导电性低、多硫化物的穿梭效应以及充放电过程中体积急剧膨胀等技术阻碍.本文重点介绍了通过开发硫/碳复合电极材料来提高LSBs电化学性能的一些有...     

隔膜对锂硫电池性能的影响研究

本文测试了PP/PE/PP、PI和PPA三种不同种类隔膜的吸液性能,并研究了三种隔膜对锂硫电池电化学性能的影响,实验结果表明,隔膜吸液性能好坏排序为PP/PE/PPPIPPA,且电池的放电性能随着隔膜吸液性能的提升而有所提高。     

寡层Ti3C2Tx改性锂硫电池隔膜的研究

利用氟化锂和盐酸对前驱体Ti₃AlC₂进行刻蚀,成功得到寡层Ti₃C₂T_x纳米片,通过真空抽滤将其负载至商用锂硫电池PE隔膜上,得到修饰层厚度约为710 nm的层状选择性透过Ti₃C₂T_x材料修饰PE隔膜。通过层间距筛分多硫化物和锂离子,该复合隔膜能够有效阻挡多硫化物的穿过,但不影响锂离子的传输。实验结果表明,选择性透过隔膜的锂硫电池具有优异的循环性能,在1 C倍率下,其初始比容量为750.3 mA·h/g,循环200圈后比容量仍然有481.3 mA·h/g,容量保持率高达64.15%。     

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。     

基于卟啉/酞菁的材料在锂硫电池中的应用

综述了酞菁类和卟啉类材料在锂硫电池应用中的最新研究进展,包括基于酞菁或卟啉的碳材料、骨架材料和衍生物,最后指出了该领域未来发展的难点与方向。     

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。     

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。