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。     

改善锂硫电池易燃特性的功能性隔膜研究进展

锂硫电池具有较高的能量密度,可在单兵电源、无人机和乘用车领域应用. 锂硫电池以金属锂作为负极,使用时存在安全隐患. 由于锂金属表面的不均匀性,循环过程容易生成锂枝晶,使电池内部发生短路,起火燃烧. 锂硫电池的能量密度约为普通电池的3~5倍,在充放电过程中发热严重,电池本身过热容易引发电池热失控,造成起火甚至爆炸. 使用功能性隔膜可以抑制电池内部短路和热失控的发生,提升锂硫电池的安全性能,可一定程度上削弱循环过程中的飞梭效应. 本文综述了锂硫电池功能性隔膜改性工作的最新进展和未来的发展趋势.     

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。     

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。     

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。     

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。     

高还原氧化石墨烯隔膜应用于锂硫电池的研究

锂硫电池作为高能量密度的二次电池存在硫的低导电性和多硫化物的穿梭效应等问题。通过制备高还原度的氧化石墨烯隔膜,并将其应用于锂硫电池。利用石墨烯片层形成的空间位阻和小介孔结构,可阻挡多硫化物的迁移以及其高导电性可减弱电池极化。在0. 2 C下,采用高还原氧化石墨烯隔膜的锂硫电池初始比容量达到了1 143. 2 m Ah/g,经过100次循环后容量保持率为74. 25%。此外,在2 C下仍有626. 1 m Ah/g的比容量。表明高还原氧化石墨烯隔膜可以有效提升锂硫电池的电化学性能,体现出卓越的长循环稳定性和杰出的倍率性能。     

动力锂离子二次电池聚偏氟乙烯隔膜的制备及性能表征

采用浸没沉淀相转化法,以聚酯(PET)无纺布为底膜,在其上涂覆聚偏氟乙烯(PVDF)制备复合隔膜,应用于动力锂离子二次电池隔膜。将制备的复合隔膜与Celgard隔膜进行了孔结构分析、电化学性质、热性能等理化性质及电池性能检测对比。结果显示,复合隔膜孔径尺寸较大且分布均一,孔隙率达到48.5%,可以承受250.8℃的高温,离子电导率达0.346 mS·cm^-1,使用该隔膜的锂离子电池具有很好的倍率特性,初次放电容量达48.7 mA·h,循环100次后仍保持77.9%的容量,其性能与市售Celgard隔膜基本相当,能满足实际应用的要求。     

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%。     

锂离子电池隔膜的国内外研究技术进展

隔膜是锂离子电池的关键材料,直接影响锂离子电池的性能。文章重点阐述了不同用途的锂离子电池其对隔膜的性能要求,同时介绍了纳米纤维涂覆隔膜、纳米陶瓷颗粒涂覆隔膜、纳米陶瓷颗粒掺杂复合隔膜等5种新型高性能动力锂电池隔膜的研究进展,并对隔膜未来的发展方向做了展望。     

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。     

陶瓷隔膜在32650圆柱动力锂电池中性能研究

运用微凹版涂布方式制备陶瓷复合PE/Al2O3隔膜,并且通过SEM和电化学测试等手段研究隔膜物理与电化学性能。结果表明PE/Al2O3隔膜具有良好的耐高温热稳定性能。采用磷酸铁锂为正极材料,陶瓷复合PE/Al2O3为隔膜,人造石墨为负极材料制成了32650/5000 m Ah的锂离子电池,3 C循环测试300周后容量保持率为94.72%,电池45℃放置7天压降为37 m V。PE/Al2O3隔膜能有效改善电池的自放电和循环等性能。     

锂离子电池用陶瓷改性隔膜性能研究

锂离子电池目前已经成为各类电子产品的主力电源,隔膜作为其重要组成部分,对电池的安全性起着至关重要的作用。因传统的聚烯烃隔膜与电解液的亲和性差,且接近熔点时容易变形收缩等使用局限性,在应用于大容量、高功率的电子产品时,需要对隔膜进行改性。本文通过陶瓷涂覆对聚烯烃隔膜进行改性,对改性前后的亲液性进行了对比研究,并对陶瓷涂层配方进行了深入的研究,主要研究了陶瓷涂层配方中氧化铝、涂层厚度以及单双面涂覆对陶瓷改性隔膜性能的影响。     

锂离子电池隔膜材料性质研究及展望

锂离子电池隔膜是锂离子电池结构中四大主要材料之一,主要是提供电解液中锂离子迁移通道,并隔绝正负极反应避免短路发生,是影响锂离子电池性能和安全性等的重要材料。本文通过对锂离子电池隔膜性能要求的分析,对聚烯烃隔膜、无纺布类隔膜、陶瓷复合类隔膜进行简要总结与分析,并对高性能隔膜材料的设计与构筑进行了展望。     

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。     

二氯二甲基硅烷对锂硫电池性能的影响

采用二氯二甲基硅烷对锂片表面进行预处理,以提高电极的界面稳定性。将预处理的锂片与硫电极组装成锂硫电池,并对其进行充放电测试。结果表明,与以未经预处理锂片作负极的锂硫电池相比,经二氯二甲基硅烷预处理5 min的锂片作负极的锂硫电池的循环性能、倍率性能及库伦效率均得到较大的改善,且预处理时间对电池的性能有一定的影响。     

加料顺序对锂电隔膜陶瓷涂层浆料稳定性的影响

锂离子电池隔膜的性能决定着电池的界面结构、内阻等,并影响着电池的容量、循环寿命,尤其电池的安全性能。为优化隔膜的热稳定性、抗锂枝晶穿刺等性能,通常在隔膜表面涂覆陶瓷涂层。本文重点研究了加料顺序对锂电隔膜陶瓷涂层浆料稳定的影响,考察了不同加料顺序制备的陶瓷浆料的粒径及涂覆浆料的隔膜的剥离强度随放置时间的变化情况,发现锂电陶瓷涂层浆料的加料顺序通过影响纳米Al2O3颗粒的分散效果来影响浆料的放置稳定性;依CMCNa、Al2O3、PVA、DLS的加料顺序所得的锂电陶瓷涂层浆料中,Al2O3颗粒在浆料中的分散效果最佳,浆料放置96h稳定性依然良好。     

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。     

陶瓷复合锂离子电池隔膜研究进展

相对于传统锂离子电池隔膜,有机-无机陶瓷复合隔膜兼具有机材料的柔韧性、无机材料的耐温性和电解液亲和性。本文对锂离子电池用陶瓷复合隔膜进行综述,首先介绍了此类隔膜相对于传统隔膜的优势,其次对目前研究的陶瓷锂离子电池隔膜的结构形式和主要成膜材料进行了讨论,并介绍了国内外主要公司的陶瓷复合隔膜的研究和发展现状,最后对陶瓷复合隔膜的应用前景和面临的挑战进行了简要分析。鉴于该新型隔膜的优势,随着锂离子电池在高端电子产品以及动力、储能等新兴领域的发展,高安全性陶瓷复合锂离子电池隔膜必将代替传统的聚烯烃隔膜,成为主流隔膜满足人们的需要。