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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

碳纳米管正极载体制备及在锂硫电池中的应用

锂硫电池因其高能量密度,材料来源广泛,成本低廉的优点,使其在下一代动力电池储能体系中,具有很大研究潜力。然而抑制穿梭效应是商业化锂硫电池亟待解决的关键问题。为解决"穿梭效应"严重的问题,我们采用碳纳米管作为正极载体材料,应用在锂硫电池中。碳材料通过范德华力物理吸附多硫化物,起到抑制多硫离子的作用。在0. 5 C电流密度下,首次放电高达980 m Ah/g,在循环100圈后,容量保持在586 m Ah/g。     

石墨烯基自支撑夹层材料在锂硫电池中的研究进展

近年来,高比能锂-硫电池作为最具前景的新能源储存装置之一引起了人们的广泛关注。然而,在该电池体系中,中间产物聚硫化物的溶解造成的穿梭效应会明显降低电池的循环性能和硫利用率,严重阻碍锂-硫电池的推广应用。综述了近年来石墨烯和石墨烯基复合自支撑中间层材料在锂-硫电池中的应用,例如,通过物理或化学限域的方法减缓多硫化物的穿梭并改善锂-硫电池电化学性能等,并对石墨烯基复合自支撑中间层材料未来在锂硫电池中的实际应用进行了展望。     

吸附聚硫化物的高性能g-C_3N_4/大孔碳复合材料及其在锂硫电池中的应用

为提高碳材料对聚硫化物的吸附能力,将三聚氰胺-二甲亚砜(DMSO)混合溶液真空灌注至大孔碳(MPC)孔道,并通过干燥和煅烧,在MPC孔道内壁均匀担载氮化碳(g-C_3N_4),得到复合材料g-C_3N_4/MPC。研究表明,g-C_3N_4/MPC中由于g-C_3N_4和MPC的协同作用,强化了聚硫化物的吸附,有效抑制了聚硫化物穿梭,改善了以其为载硫材料的锂硫电池循环性能。另外,MPC和三聚氰胺的较佳质量比为1:1,所得g-C_3N_4/MPC具有良好的聚硫化物穿梭抑制效果,而且硫电极的导电性也得到有效改善,所制备的电池表现出优异的循环性能和倍率放电性能。     

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。     

金属有机框架材料在锂硫电池的应用前沿进展

锂硫电池是一种具有高理论比容量（1675mA·h/g）和能量密度（2600W·h/kg）的锂二次电池,被认为是最具前景的高储能二次电池体系之一。但硫的导电性差、多硫化物的穿梭效应等是阻碍锂硫电池实际应用的关键。本文聚焦于锂硫电池的发展趋势,概述了锂硫电池面临的挑战和金属有机框架（MOF）材料潜在的解决方案。同时,在突出MOF材料多孔结构、富活性位点和功能配体等优势特点之外,也辩证地分析了其存在的导电性差等问题。综述了一系列MOF材料的设计和制备,包括自支撑MOF材料、MOF碳复合材料、MOF（导电）高分子复合材料、MOF衍生碳材料、MOF衍生金属/碳复合材料,同时阐释了MOF材料对于锂负极侧枝晶的抑制作用,深入阐释其构效关系,希望对于相关领域的研究者有所启发,以促进新能源新材料领域的理论和技术进步。     

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。     

锂硫电池中的表面修饰

锂硫电池理论能量密度高(2 600 W·h/kg)、硫原料丰富、成本低,是最有发展前景的锂二次电池技术之一。然而硫以及放电产物硫化锂电导率低,电化学反应过程中生成的可溶性多硫化物的"穿梭效应"以及电池充放电过程中电极的体积效应等,影响了锂硫电池性能的发挥,阻碍了锂硫电池实用化进程。近年来,通过电极材料的设计、电极表界面的修饰以及电解液体系优化,锂硫电池的性能得到显著提升。综述了近年来锂硫电池中硫正极、隔膜和金属Li表界面修饰方面的研究进展。     

二维MXene材料在锂硫电池中的应用

抑制多硫化物穿梭是高容量锂硫电池研究的主要挑战。二维MXene材料具有高效吸附多硫化物的功能。从MXene理化性质、MXene优异的电化学性质及在锂硫电池中应用方面系统地介绍了二维MXene材料在锂硫电池中的研究进展。     

分子筛SBA-15对锂硫电池电化学性能的影响

针对锂硫电池存在的主要问题,将介孔分子筛SBA-15添加在锂硫电池硫电极中,通过SBA-15的吸附作用来抑制多硫化物的穿梭效应。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸脱附测试等物理手段对材料进行表征,采用电池测试系统对电池的电化学性能进行测试。结果表明：添加1% SBA-15的SCS-1.0电池电化学性能得到明显提高,第300圈放电比容量比未添加SBA-15的SC电池的放电比容量提高200 mAh·g^-1左右。所以,在硫电极中添加1% SBA-15有利于锂硫电池电化学性能的提高。     

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。     

锂/硫电池的瓶颈问题及研究进展

锂/硫电池因为其较高的理论容量、资源丰富和价格低廉以及对环境友好等特点一直受到科学家们的广泛关注,但其缺点也尤为明显,主要是硫的导电性差、充放电过程中电极体积膨胀、存在着穿梭效应以及阳极会有锂枝晶生成等,这些瓶颈问题严重影响着锂/硫电池的商品化.针对上述问题人们进行了大量研究,主要从上述4个问题入手,对锂/硫电池的缺陷...     

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。     

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。