下一代二次锂电池发展趋势及展望

锂电池包括一次锂电池和二次锂电池,顾名思义,后者可循环使用而前者是一次性的。一次锂电池技术较为成熟,但只在一些特定用途上应用,目前市场很小。二次锂电池主要有2大类,一类是正极材料采用含锂的氧化物电池,通常称为锂离子电池;另一类是负极材料采用金属锂的电池,这一类电池主要包括锂硫电池和锂空气电池,以及目前尚未统一名称的一些新型二次锂电池。现阶段市场占据绝对统治地位的是锂离子电池。     

几种值得关注的新型锂离子电池

锂电池包括一次锂电池和二次锂电池,顾名思义,后者可循环使用而前者是一次性的。一次锂电池技术较为成熟,但只在一些特定用途上应用。二次锂电池包括锂离子电池、钒锂电池、锂硫电池、锂空气电池等多种。学术范畴上讲的锂电池仅指一次锂电池,而大家所俗称的锂电池实际上是指锂离子电池。当前盛行的锂离子电池最主要特     

锂硫电池隔膜改性研究进展

锂硫电池因高比容量和高能量密度引起了研究者们的广泛关注,成为新型锂电池研究热点之一。隔膜作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池各方面性能的关键。现阶段锂硫电池隔膜改性工作主要集中于高性能涂层材料的设计与合成以及新型隔膜材料的开发。本文综述了锂硫电池隔膜改性的研究现状,分别从碳涂层隔膜、元素掺杂碳涂层隔膜、金属氧化物/碳复合涂层隔膜、新型薄膜材料和多层隔膜等五个方面进行介绍,指出了从隔膜入手提高导电性、抑制穿梭效应、减轻锂电极腐蚀,从而提高电池电化学性能的重要性。     

石墨烯及其复合材料在锂硫电池中抑制穿梭效应的应用进展（英文）

硫锂电池具有比能高达1 675 mAh g~(-1)、价格低廉、环保等优点,是一种具有良好应用前景的二次电池。但由于放电过程中多硫化物溶解产生的穿梭效应、硫的绝缘和硫电极的体积膨胀等原因导致锂硫电池的循环稳定性还不能满足工业化要求。石墨烯具有优异的导电性、超大的比表面积、良好的机械柔韧性和热化学稳定性,因此石墨烯及其衍生物成为全固态锂硫电池电极和改性隔膜的重要材料。本文综述了在全固态锂硫电池中,石墨烯的网络结构对电子转移非常有利,可以限制硫电极体积膨胀并促进离子迁移;同时作为改性隔膜的首选材料之一,石墨烯及其衍生物的六边形层状结构形成的锂离子输运通道能够捕获硫。总结了石墨烯及其衍生物抑制穿梭效应的机制,提出了石墨烯在锂硫电池中的发展策略和前景。     

锂硫电池硫正极材料研究现状与展望

综述了锂硫电池硫正极材料的研究现状。针对锂硫电池目前存在的问题,展望了其发展趋势,并指出硫/有序多孔碳纳米复合材料对提升锂硫电池性能有重要研究价值;同时形成三维空间传导网络的导电添加剂和具有良好粘接性、导电性及电化学稳定性的粘结剂对锂硫电池性能提升也具有重要作用。     

多电子反应的可充锂电池无机与有机电极材料(英文)

作为电化学能源存储与转换的重要设备,锂二次电池不断地改善着人类的生活.为了满足人们对能量密度和功率密度不断增长的需求,急需为锂离子电池和锂硫二次电池开发高容量、可快速充放的电极材料,寻找用于可充式锂空气电池的高活性的催化剂.高容量要求电极材料具有高的电荷转移数和小的分子质量,快速的电荷转移要求材料离子传输距离短、反应活性位点多,而设计制备纳米结构材料是改善电荷转移和离子电导率的有效手段.本综述总结了最近在锂离子电池、锂硫二次电池和可充式锂空气电池中多电子反应的研究进展,详细地讨论了提高电池倍率和循环性能的方法.可发生多电子反应的先进的锂电池将成为未来的研究重点.     

锂硫电池柔性正极材料研究进展

随着化石能源的日渐枯竭、能源危机和环境问题的日益突出,开发环境友好的二次电池能源体系迫在眉睫。锂硫电池作为一种新型的储能电池,其理论比容量高达1 675 mAh/g,质量密度可达2 600 Wh/kg,且原材料来源广、成本低等优点,使得其有望代替锂离子电池成为下一代理想的能源电池。近年来,可穿戴电子设备、智能纺织品的出现,对储能电池提出了更高的要求—柔性,因此开发柔性锂硫电池已经成为研究热点。作为锂硫电池的重要组成部分,柔性正极材料的研究和制备对柔性锂硫电池系统的开发至关重要。从锂硫电池柔性正极基体材料入手,对碳材料、导电聚合物材料和新兴的MOF材料等3个方面进行了分类总结,详细阐述了各自制备方法及对柔性正极性能影响。碳材料高的导电性和多孔结构设计、导电聚合物和MOF材料对多硫化物优异的化学吸附作用,均有助于抑制多硫化物的"穿梭效应",提升柔性锂硫电池的长循环电化学稳定性能。最后分析了现有锂硫电池柔性正极材料存在的缺陷与问题,对未来发展方向做出了展望。这将为开发新型的锂硫电池用柔性正极材料提供指导,同时为其它二次电池柔性正极材料开发过程中的共性问题提供实验和理论依据。     

扣式锂离子可充电池的开发

扣式锂离子可充电池的开发ＹｏｓｈｉａｋｉＡｓａｍｉ（日）１概述近年来，可充锂电池的开发获得了很大进展。一种以五氧化二矾［１］、锂氧化钴［２］及锂二氧化锰［３］为阳极材料，锂铝合金［４］及碳［５］为阴极材料的新型锂电池已在商业上应用。这些电池主要有柱式...     

石墨烯应用于锂硫电池的研究进展

锂硫电池具有很高的理论放电比容量(1 675 mAh/g)和能量密度(2 600 Wh/kg),被认为是最具前景的新型电池之一。石墨烯具有优良的导电性和电化学性能,具有开阔的负载硫的表面和空间,是导电性差的硫黄和硫化锂的良好载体,为锂硫电池正极材料提供了新的研发平台。本文介绍了近年来石墨烯及其复合材料应用于锂硫电池中的研究进展,包括石墨烯或氧化石墨烯负载硫、杂原子掺杂石墨烯负载硫、石墨烯三维网格负载硫和石墨烯-多孔炭复合炭材料负载硫等4种石墨烯基-硫正极材料,概述了其锂硫电池的比容量、倍率性能和循环寿命等性能指标。从石墨烯基锂硫电池正极材料的设计和合成的角度,总结了不同微结构特征的石墨烯及其复合材料组装成锂硫电池的性能特点,并分析了材料组成和微结构对电池性能的影响机制。在总结的基础上展望了石墨烯应用于锂硫电池的发展方向。     

碳质材料在锂硫电池中的应用研究进展

随着石墨负极的成功商用,锂离子电池在智能手机、笔记本电脑等便携式电子设备中已得到广泛的应用。经过20多年的发展,现有基于嵌锂化合物正极的锂离子电池已接近其理论容量,但仍不能满足高速发展的电子工业和新兴的电动汽车等行业的要求,寻找具有更高能量密度的电池系统迫在眉睫。锂硫电池系统具有极高的理论能量密度,在多种储能系统中是最具潜力的一种二次电池。但是锂硫电池中也存在硫的电导率极低、多硫化物溶解迁移等问题,使其在走向实用化的过程中遇到许多困难。纳米碳质材料在新型锂硫电池的开发过程中处于重要地位,通过纳米炭的引入,可以获得导电复合正极材料,控制多硫化物的穿梭,从而有望实现正极硫材料的高效利用。综述了基于纳米炭-硫复合正极材料,尤其是碳纳米管、石墨烯、多孔炭以及其杂化物等材料复合的电极,分析其结构与锂硫电池性能的关系,并展望锂硫电池的发展方向。     

金属有机骨架材料在锂硫电池正极中的应用

锂硫电池因其具有高的理论能量密度,近年来成为高性能二次电池领域的研究热点。为了有效提升锂硫电池的电化学性能,具有孔径分布可控、孔隙率高以及易于功能化等诸多优点的金属有机骨架(MOFs)材料被广泛探索研究。通过对MOFs材料进行修饰改性,制备的多种MOF复合材料、MOF衍生材料表现出了更优的电化学性能,有效提升了电极反应动力学、改善了电池循环性能。针对当前锂硫电池研究中的关键问题,对各类MOFs材料、MOF复合材料和MOF衍生材料在锂硫电池正极中应用的研究进展进行了综述,并对未来MOF基材料在锂硫电池正极中应用的发展趋势作出了展望。     

金属-有机骨架(MOFs)用于锂硫电池硫正极材料改性的研究进展

随着便携式电子设备和电动汽车的发展,目前广泛使用的锂离子电池已不能满足市场的需求,锂硫电池作为一种非常有前途的高能化学电源,因其高理论比容量(1675 mAh?g-1)和高理论能量密度(2600 Wh?kg-1)引起了研究者的广泛关注.然而,在锂硫电池的发展过程中,一些突出的问题制约了其发展,包括硫本征导电性差、充放电前后体积变化大、较差的循环稳定性以及生成的多硫化物易溶解等.相关研究表明,将硫与金属-有机骨架(MOFs)材料复合,构筑成具有特殊微观结构的复合正极材料,可显著改善其导电性、循环稳定性和多硫化物的溶解等问题.本文从锂硫电池的工作原理出发,总结了MOFs作为硫载体的优势特点,综述了近几年MOFs材料在锂硫电池正极方面的研究进展,最后对锂硫电池MOFs基正极材料未来的研究思路与发展趋势进行了分析和展望.     

导电聚合物在锂硫电池中的研究与应用

锂硫电池因其具有高比能量以及硫廉价易得等优点,成为电池研究的焦点,但其也存在硫的导电性差、反应过程中产生的多硫化物会溶解于电解质中且电池会膨胀等问题。总结了近几年导电聚合物在锂硫电池中的研究进展,重点讨论了导电聚合物在正极材料、电解质、粘结剂和隔膜中的研究与应用。     

大连化物所石墨烯气凝胶应用于高体积比能量锂硫电池研究取得新进展

<正>近日,大连化物所二维材料与能源器件创新特区研究组吴忠帅研究员团队发展了一种三维石墨烯/纳米碳管多孔气凝胶材料,并将其应用于锂硫电池的硫单质载体和中间层一体化正极,获得高体积能量密度和优异循环稳定性的锂硫电池。锂硫电池具有高质量理论能量密度(2600Wh/kg)和高体积能量密度(2800Wh/L),被认为是一种非常有应用前景     

锂硫二次电池硫/碳正极复合材料的研究进展

锂硫电池因其具有高能量密度、较好的安全性、绿色环保和低成本等特点,成为未来动力电池最具吸引力的体系之一。但是,因其放电产物多硫化物易溶于有机电解液以致锂硫电池循环性能差,制约了锂硫电池的快速发展。碳材料利用其高的比表面积和多孔结构吸附电极反应的中间产物多硫化锂,起到固硫的作用,提高电池的循环性能。综述了锂硫电池硫/碳正极复合材料的研究现状;分析了影响锂硫电池循环性能的主要因素;简述了锂硫电池硫/碳正极复合材料今后研究的方向。     

固态离子学的新应用

固态离子学是研究固体中快离子输运规律及其应用的科学。它是上世纪70年代发展起来的一门新兴学科, 重点研究具有快离子传导特性的固体电解质材料以及具有离子/电子混合传导特性的电极材料。近年来, 固体离子及混合导电化合物在二次电池、燃料电池、传感器、超级电容器、电色器件、太阳能电池等方面的应用取得了突破性进展, 锂离子电池在各种电子器件中的大规模应用及其新材料体系的发现[1-2]、钠硫电池在大规模储能应用中的领先地位、ZEBRA电池在储能市场上的崛起、固体氧传感器在市场上的稳步发展以及SOFC逐步迈进市场成为固态离子学领域一个个闪光点, 极大地促进了新能源利用、电动汽车开发以及智能电网建设等重大任务的实施, 多领域的科学家和工程技术人员投身到固态离子学的研究中。
　　在众多的新能源技术研究方向中, 高比能量二次电池的研究是当前热点, 也是目前电动汽车开发和智能电网建设公认的瓶颈技术。近几年, 金属电极电池技术的发展使人们对二次电池的未来充满了信心。以金属为负极的二次电池得益于金属电极本身极高的比容量。金属负极主要以碱金属锂、钠和碱土金属镁为代表, 其中锂的重量和体积比容量分别高达3860 mAh/g和2062 mAh/cm3, 远高于目前商业化的碳类负极材料, 成为未来高比能量二次电池的目标。近期, 以金属锂负极活性材料的锂硫电池和锂空气电池的研究在国内外如火如荼, 并不断取得进展。
　　这些电池不仅具有高比能量的特点, 更有价格低廉的绝对优势, 同时也存在尚需改进之处。(1)在锂硫电池方面, 美国Sion Power公司利用PolyPlus公司的锂负极保护膜技术, 有望实现锂硫电池能量密度500 Wh/kg及循环500次的目标[3]。就在近期, 英国Oxis Energy公司报道其研制的200 Wh/kg的锂硫电池预计循环1700~1800次后的容量维持率仍达80%, 该公司计划明年早些时候实现量产[4], 这无疑是对锂硫电池的有力推动。国内有众多研究锂硫电池的机构, 如防化研究院、国防科技大学、北京理工大学、上海硅酸盐研究所、南开大学等均研制了软包装锂硫电池[5]。上海硅酸盐研究所研制的硫电极在2C倍率下循环500次后比容量达到900 mAh/g以上。不过目前看来, 锂硫电池虽然前景良好, 但要在市场上展现其价值尚需开展很多工作。(2)在锂空气电池方面, 针对电解质隔膜、催化剂、载体等核心材料有大量的文献报道, 通过无碳电极设计以及基于LATP锂离子固体电解质的电池设计, 很好地改进了锂空气电池的基本性能[6-8], 但离实际应用还差距甚远, 其电池反应机理方面尚存在争议, 电池技术还没有取得公认的突破。然而, 以锂空气电池为代表的金属空气电池由于其极高的比能量仍是未来电动汽车无法抗拒的追逐目标。
　　金属负极电池的开发在很大程度上取决于固体电解质新体系和新型电极材料的开发, 固态离子学成为高比能量二次电池研究与开发必须掌握的一门重要的科学, 无论是已经获得规模化应用的LiCoO2和LiFePO4等锂离子电池正极材料, Na-β/β″-Al2O3、ZrO2等离子导体, 还是新近突破的Li10GeP2S12和Li7La3Zr2O12[1-2]等锂离子导体新体系, 都为实现锂金属电池新的突破以及锂电池的全固体化、从而从根本上解决锂离子电池的安全性问题奠定了坚实的基础。正因为如此, 锂离子电池的企业界也在大力拓展市场的同时, 不断关注新型二次电池以及固态离子学的进展, 仅以我国两年一届的全国固态离子学学术会议为例, 其规模也从1980年的数十人发展到2012年第16届全国会议的与会代表400余人, 其中近20%代表来自电池与材料企业。可以说, 未来固态离子学将越来越发挥其重要作用, 为新能源技术的发展保驾护航。     

锂硫电池正极材料的第一性原理计算研究进展

锂硫电池因为比当前锂离子电池更高的能量密度和更低的成本，因此有望成为下一代储能设备，但是锂硫电池由于“穿梭效应”而影响快速发展。随着理论计算的发展，综述了近几年锂硫电池正极材料的第一性原理计算，将正极材料分为三类：碳骨架材料、金属化合物材料、其他种类材料。通过第一性原理计算正极材料对多硫化锂的吸附，从微观角度认识吸附机制，并展望理论计算在锂硫电池中的发展前景，为锂硫电池正极材料的选取提供方向。     

锂硫电池正极研究现状及产品化前景

<正>随着移动电子设备和电动行业迅速发展,锂硫电池凭借其高的理论能量密度、良好的安全性、丰富的材料来源、成本低廉且对环境友好等优势,已经成为新一代高性能电池的研究热点。但锂硫电池活性物质利用率低、循环稳定性差等问题已经成为制约其实际应用和产业化发展的瓶颈。如何提高锂硫电池的硫利用率、放电容量和循环稳定性已经成为锂硫电池开发的研究关键。本文从正极材料、粘结剂集流体3个方面对锂硫电池的正极部分     

脱氧碳包覆碳纳米管-硫(CNT-S)复合材料的制备及锂硫电池性能

硫的高理论比容量使它成为锂电池最具前景的正极材料之一。为解决锂硫电池在实际应用中存在的问题,通过水合肼脱氧碳前驱体的方法制备出脱氧碳,然后均匀包覆在CNT-S材料表面,形成一种脱氧碳包覆结构。XRD和SEM分析可知,硫均匀的负载在CNT表面,外表包覆了一层细腻的脱氧碳。电化学测试表明,这种材料相对于CNT-S复合材料表现出更高的比容量和更好的循环稳定性。     

金属化合物在锂硫电池正极材料及夹层中的应用

在能源危机的驱使下,电动汽车以及大型储能装置的快速发展需要高能量密度的锂二次电池来实现,锂硫电池硫电极因具有高理论比容量和能量密度而倍受关注。此外,单质硫具有储量丰富、成本低和无毒等优点,使得锂硫电池更具有商业竞争力,因此锂硫电池被认为是最有前途的二次电池之一。然而,锂硫电池依然存在电导率低、穿梭效应、体积膨胀和锂枝晶等问题,这限制其广泛应用。因此,研究者们从正极材料和夹层着手,除了对正极材料的导电性加以改善之外,主要从限制多硫化物的穿梭效应和缓冲正极体积膨胀进行研究。研究发现,相比碳基和聚合物基正极材料,金属化合物基正极材料可以更好地改善锂硫电池的倍率性能和循环稳定性。此外,金属化合物材料作为夹层时同样可以有效缓解这些问题,能够更好地抑制多硫化物的溶解和扩散,减少穿梭效应,提高锂硫电池的电化学性能。一些金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属磷化物等作为锂硫电池正极材料或夹层都取得了重大进展。对于部分极性金属化合物而言,其不仅能化学吸附充放电中间产物多硫化物,有效改善硫正极的循环稳定性,而且还能在氧化还原反应中表现出电催化活性,加快多硫化物的转化,提高硫正极的倍率性能。本文综述了近年...