锂硫电池碳/硫正极材料制备及其性能分析

近年来,在电动汽车和电子设备等对高性能储能系统的需求量逐渐增加,在较高理论比容量和理论比能量等方面的锂硫电池体系也受到更加广泛的关注和重视。单质硫的储量较为丰富且具有无毒和低成本等优势,对环境保护工作的开展存在着必要影响。但是单质硫及放电产物硫化锂存在着导电性差且中间产物多硫化物容易溶于电解液等问题,对锂硫电池的循环稳定性具有不利影响。在锂硫电池正极材料中,碳/硫复合材料的潜力是比较大的,这就需要加强对其植被及性能考察和研究。     

Li-O2电池过渡金属硫族化合物催化剂最新研究进展

环境污染和能源枯竭等问题对开发新的储能和转换装置提出了更高的需求。具有超高能量密度的Li-O2电池有望成为替代传统化石能源极具潜力的候选。但Li-O2电池滞后的反应动力学带来的实际能量密度低、稳定性不佳及倍率性能差等问题制约了其应用,因此迫切需要开发高效电催化剂来提高其滞后的反应动力学。过渡金属硫族化合物由于其类石墨烯结构特点以及本身优异的催化活性吸引了研究人员的广泛研究。本文介绍了过渡金属硫族化合物材料在非水系Li-O2电池催化剂方面的最新研究进展,包括过渡金属硫化物、硒化物、碲化物以及双过渡金属硫族化合物催化剂对Li-O2电池催化性能提高的影响,阐述了对过渡金属硫族化合物材料进行结构设计构建、相调控以及表面改性的方法,建立了其微观结构与氧还原和氧析出催化活性的联系,最后对过渡金属硫族化合物材料在 Li-O2电池中的进一步应用进行了展望。     

锂硫电池正极与负极材料研究进展

兼具高能量密度与成本效益的锂硫电池，体现了良好的应用前景。但是，锂硫电池在正极与负极方面存在的问题，也阻碍了其进一步发展。针对锂硫电池目前存在的问题，总结了锂硫电池电极材料领域的研究进展。在正极部分，可通过多孔载体材料、多硫化物的化学吸附与催化位点的构建提升电池性能。在负极部分，通过对负极集流体改进、固体电解质界面（SEI）膜的生成以及固态电解质的使用，可起到保护锂负极、优化性能的效果。最后，本文认为，在锂硫电池未来的发展中，应统筹考虑电池系统整体的开发设计，而非仅针对电池单一领域存在的某一问题，从而使电池系统各部分的改进方法有效结合，发挥协同效应，推动锂硫电池实用价值的提升。     

德国加拿大联合研发新型锂-硫电池取得重大进展

德国慕尼黑大学和加拿大滑铁卢大学的研究人员，联合研发新型锂-硫电池取得重大进展。研究人员应用纳米技术对锂-硫电池技术进行重大改进，使用碳纳米微粒构成多孔电极，使吸附硫的能力大大增强，电池达到最高的性能，未来有望替代目前的锂离子电池。锂-硫电池两个电极由锂电极和硫-碳电极构成，在两个电极之间进行锂离子交换，硫材料在这个系统中起重要作用。     

锂硫电池的概况及其电极材料的研究进展

锂硫电池具有高能量密度、低成本、环保等特点,其潜在的应用前景十分广泛。解析了锂硫电池独特的工作原理,提出了导致锂硫电池难以商业化的重要原因,总结了锂硫电池由于活性物质体积膨胀、穿梭效应和锂枝晶等带来的主要技术难点。针对上述问题,重点综述和分析了国内外研究人员在电极材料方向进行锂硫电池性能改进的研究进展。目前,锂硫电池正极材料的研究热点在载硫体/硫复合材料和正极结构的改进,在实验室环境下,锂硫电池的能量密度和循环寿命都得到了显著提升。锂负极保护主要通过表面钝化的方法实现,而采用锂合金、锂嵌入脱出型材料或预嵌锂材料替代纯锂作为负极,也是提升电池性能的重要手段。此外,本文提出了深入发展锂硫电池的建议,重点需要进一步攻克技术难点,并从全电池系统加大研发力度,还要与企业结合共同推动锂硫电池的商业化进程。     

磷酸酯基阻燃电解液用于高安全锂硫电池

Li–S电池被认为是最有希望的下一代高能量密度二次电池之一,开发高效阻燃电解液对于提升电池安全性极为重要.本文对高浓度磷酸三乙酯(TEP)和磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯(TFP)电解液在锂–硫化聚丙烯腈(Li–PAN/S)电池中的应用展开了深入研究,以同样的锂盐摩尔比和氟代醚稀释梯度,研究了TEP和TFP基局部高浓度电解液对锂金属负极和硫正极稳定性的影响,详细解析了两种溶剂分子在电池循环过程中的界面反应.研究表明,磷酸酯基高浓度电解液在Li–PAN/S电池中展示了较优异的循环稳定性,通过优化TTE的稀释比例,提升了电池的倍率特性.对比基于TEP和TFP的电解液,发现TEP基电解液具有更好的锂沉积/剥离性能,而TFP基电解液在界面生成更多的有机组分,导致不稳定的界面膜.以TEP212为电解液的锂硫电池能够在1C的倍率下稳定循环200圈以上,放电比容量保持在1080.8 mA·h·g^-1.     

锂硫电池碳/硫正极材料制备及其性能分析

近年来,在电动汽车和电子设备等对高性能储能系统的需求量逐渐增加,在较高理论比容量和理论比能量等方面的锂硫电池体系也受到更加广泛的关注和重视。单质硫的储量较为丰富且具有无毒和低成本等优势,对环境保护工作的开展存在着必要影响。但是单质硫及放电产物硫化锂存在着导电性差且中间产物多硫化物容易溶于电解液等问题,对锂硫电池的循环稳定性具有不利影响。在锂硫电池正极材料中,碳/硫复合材料的潜力是比较大的,这就需要加强对其植被及性能考察和研究。     

三维纳米多孔金属在能源存储中的应用

纳米多孔金属凭借比表面积大、孔结构丰富以及导电性好的优势在能源存储与转化领域具有广泛的应用。基于此,本文着重介绍了纳米多孔金属原位负载金属氧化物、硫化物、磷化物用作锂/钠离子电池负极材料的合成方法,及利用缺陷调控和表面包覆改性进一步改善其电化学性能的策略。上述研究为设计可逆容量高、循环稳定性好的电极材料提供了借鉴。     

高吡啶氮掺杂有序介孔碳封装多硫化物实现长寿命锂硫电池

锂硫电池的硫正极具有高的理论比容量(1675 mAh/g)和高的比能量(2600 Wh/kg),被认为是下一代锂电池技术。然而,单质硫以及其放电产物硫化锂导电性差和多硫化锂在电解液中溶解导致穿梭效应,严重阻碍了其商业化应用。采用硬模板法制备高比表面积和高吡啶氮掺杂的一维碳材料(NOMCs),通过物理约束和吡啶氮与多硫化锂之间强亲和力来抑制多硫化锂的穿梭效应。此材料中的石墨氮可以提高碳材料的导电性,而吡啶氮可以有效地吸附多硫化锂,抑制多硫化物在电解液中穿梭。因此,采用此材料载硫后,S@NOMCs在1C倍率下首次放电容量为853 mAh/g,充放电500次容量保持在679 mAh/g,容量衰减率仅为0.042%/圈。     

中科院大连化物所研制锂硫一次电池 能量密度达860Wh/kg

正中科院大连化物所储能技术研究部张华民、张洪章研究团队,成功开发出基于大孔容、高比表面、梯度有序多孔碳材料的碳硫复合正极。同时,利用其研制的锂硫一次电池能量密度超过500 Wh/kg(650 Wh/L)。相关成果发表于《科学报告》杂志。目前,该团队突破了锂硫一次电池关键材料的技术瓶颈,电池能量密度已提升至860 Wh/kg(1000 Wh/L)。     

锂硫电池研究进展

锂硫电池(LSB)凭借其超高的能量密度(2 600 Wh·kg^-1),被认为是下一代储能系统的潜在候选者之一。然而，目前LSB的实际应用受到了多硫化锂(LiPSs)穿梭效应、电解质连续分解和锂枝晶生长等问题的限制。这些挑战主要与正极结构框架、锂负极的反应性以及在电极-电解质界面发生的氧化还原反应有关。设计良好的正极结构、新型电解质的开发和负极保护已被陆续研究，以期改善LSB的电化学性能。在本文中，将系统地讨论克服LSB挑战的相关研究进展，如正极硫载体设计和制备、新型电解质的开发、隔膜的改性/功能层插层设计、锂负极的保护及LSB产业化方面的最新研究进展。最后，为LSB的实际应用提出总结和展望。     

层状锂镍钴锰氧化物正极材料的改性研究进展

过渡金属(Ni,Co,Mn)氧化物、氢氧化物或碳酸盐前驱体与锂盐经高温焙烧形成的固溶态层状锂镍钴锰氧化物正极材料,具有高放电比容量、低成本等一系列优点,成为研究的热点,并开始广泛应用。然而锂镍钴锰氧化物正极材料在安全性、循环性等方面仍需改善,尤其是在高电压、高温度和高倍率下的充放电性能有待进一步提高。很多研究结果已证明表面包覆和体相掺杂是改善正极材料电化学性能的有效方法。通过表面包覆改性可阻止电极材料与电解液的直接接触,抑制循环过程中HF对电极材料的侵蚀,减少电极材料与电解液的副反应,降低电池在充放电过程中的电荷转移电阻,可进一步提高材料的高倍率电化学性能;而引入掺杂离子可以提高晶体晶格能,稳定材料结构,可提高材料的循环性能。本文对锂镍钴锰氧化物正极材料表面包覆和掺杂的研究现状进行了较全面的分析和总结,并对今后的研究方向提出展望。     

德国加拿大研发新型锂硫电池取得重大进展

德国慕尼黑大学和加拿大滑铁卢大学的研究人员,联合研发新型锂-硫电池取得重大进展。研究人员应用纳米技术对锂-硫电池技术进行重大改进,使用碳纳米微粒构成多孔电极,使吸附硫的能力大大增强,电池达到最高的性能,未来有望替代目前的锂离子电池。     

新能源汽车动力型锂离子电池锰酸锂正极材料循环性能的改性

在目前主流的锂离子正极材料中，尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)具有成本低廉与安全性能高的优势，因此在小型新能源汽车领域有广泛的应用。目前锰酸锂正极材料发展与应用的主要障碍在于锰元素的溶解。锰的溶解将导致循环性能的迅速衰退，在高温循环中尤为显著。在实验中，以氟化锂作为包覆物质，将其包覆于锰酸锂正极材料表面，从而将锰酸锂与电解液隔绝，起到抑制锰溶解的目的。X射线衍射表明，氟化锂与锰酸锂的共烧结过程中未发生氟掺杂，因此未引起锰酸锂的结构变化。通过对不同氟化锂包覆量电化学阻抗谱的研究，能够确定最合适的氟化锂包覆量。相比原始锰酸锂样品，经氟化锂包覆的锰酸锂正极材料与金属锂和石墨组成的软包电池均表现出了更加优异的电化学性能。其中，软包全电池能量密度达到183 Wh/Kg,1C条件下常温与高温循环1 000圈后容量保持率可达90.3%与75.7%。     

不同形貌锰酸锂材料的合成及性能研究

介绍了3种不同形貌（不规则团聚态、球形和单晶态）的锰酸锂的制备方法,并研究了他们的性能.将3种样品分别制成扣式电池、聚合物电池,研究材料形貌与电化学性能关系,同时采用XRD、DTA等测试方法,研究材料形貌对材料结构和热稳定性的影响.研究发现不规则团聚态锰酸锂各项性能指标最差;球形锰酸锂倍率放电能力最好,其他性能居中;单晶态锰酸锂压实密度最高,循环性能和热稳定性最好.     

复合导电添加剂对磷酸铁锂电池性能的影响

磷酸铁锂基锂离子电池由于具有高的安全性能和优异的循环性能是新能源领域的研究热点。而磷酸铁锂材料本身导电性差,在实体电池制作过程中容易出现内阻较大和倍率性能不佳等问题,因此需要研究导电添加剂组成对电池性能的影响。本文用商业化的LiFePO4、石墨和电解液为主要原料,以碳纳米管(CNT)和导电碳黑(Super P)为导电添加剂,制作了20 Ah容量兼倍率型的磷酸铁锂软包电池。扫描电镜(SEM)分析测试表明导电碳黑Super P和CNT分散均匀,可与磷酸铁锂颗粒形成点和线的接触,进而可以提供更多的附加导电通路。应用该复合导电添加剂所制作的磷酸铁锂动力电池具有1.0 mΩ内阻,电池首次效率在91%以上,正极材料克容量0.5C发挥到146.32 mAh·g-1,9C/1C接近100%,倍率性能优异,电芯经过2165周循环电池容量保持率为91.78%,循环性能优秀;而使用常规导电碳SP+KS-6的分容比容量是139.06 mAh·g-1,电池内阻均值为3.25 mΩ,电芯经过2003次循环,容量保持率为87.63%。经过优化实验条件,正极中添加3%SP+1%KS-6+1%CNT复合导电剂的电芯整体性能最佳。     

多孔碳涂覆层对高硫载量电极的改性研究

锂硫电池具有能量密度高、对环境友好,原材料廉价等优势,有望成为下一代最有发展潜力的动力电池之一。但锂硫电池的库伦效率低、循环性能差是制约了其实用化的主要障碍。通过在高硫载量硫/碳(S/SP(super-P)/CNT(carbon rano tube),硫载量为90%)电极的表面涂覆一层非活性物质层(多孔碳层),制备了带涂覆层的S/SP/CNT复合电极(C-S/SP/CNT复合电极)。采用热重(TGA)方法分析了S/SP/CNT复合材料中硫的含量。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对复合电极(C-S/SP/CNT)循环前后的表面形貌进行了表征。结果表明, S/SP/CNT复合材料中硫含量高达90%,循环100周后电极的表面没有明显的团聚现象。碳多孔层不但能够物理吸附充放电过程中溶解在电解液中的多硫化物,抑制穿梭效应,且其良好的导电能力,能进一步提高电极的导电性能,增加电极反应的活性位点。采用恒流放电的方法对复合电极的电化学性能进行了测试。C-S/SP/CNT复合电极的首次放电容量达1192.3 mAh·g~(-1),循环300周后的可逆容量仍有442.9 mAh·g~(-1),表现出良好的循环性能。     

生物质衍生碳材料的制备及其在新型电池中的应用

生物质衍生碳材料由于其可再生性、低成本、良好的导电性和稳定性等优异性能而被广泛应用于储能领域。综述了生物质衍生碳材料的常用制备方法(热解法、活化法、水热法等),以及经过修饰的生物质衍生碳(杂原子掺杂、贵金属负载)在锂空气电池、钠离子电池和锂硫电池中的最新进展,探讨了生物质衍生碳在新型电池中应用所存在的挑战和未来发展方向。     

磷酸铁锂正极材料的研究现状

磷酸铁锂正极材料具有比容量大、安全性高、性价比高以及循环寿命长等优点,被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一.论述了橄榄石型磷酸铁锂的晶体结构特征以及充放电反应机制,综述了近年来采用葡萄糖、活性碳和石墨烯等不同的碳源进行碳包覆,硫离子、镁离子、镍离子、氟离子、钒离子、钠离子和银离子等不同金属离子和非金属离子进行离...     

高功率锂离子电池研究进展

高功率快放型锂离子电池是目前锂离子电池领域研究的重点方向之一。为了获得具有高功率密度的锂离子电池,正极材料须具有较高的电压和较高的电子与离子导电率,正极材料主要包括高电压钴酸锂、镍锰酸锂和高电压三元材料,负极材料包括碳系材料、钛基材料和金属氧化物材料,以及为提高首效和降低负极电位而采用的预嵌锂方法,并对锂离子电池电解液用锂盐、溶剂和添加剂进行了综述。最终总结了功率密度测试方法,并对高功率锂离子电池的研究进行展望。