不同粘结剂对锂-硫电池电化学性能的影响

采用球磨混合及热复合法制备硫/BP2000复合正极材料(含硫量42%(质量分数)),分别以PTFE、明胶和PEO作为粘结剂,考察了不同粘结剂对锂-硫电池电化学性能的影响。采用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、循环伏安法(CV)和恒流充放电表征其物化性能和电化学性能。结果表明,明胶和PTFE对于提高硫正极的电化学性能和维持硫正极的循环稳定性具有积极意义。其中,在0.2 C充放电时,PTFE作粘结剂的电池循环50次后比容量保持741.2 mAh/g,明胶作粘结剂的电池循环50次后放电比容量保持788 mAh/g(按单质硫的质量计算)。     

锂硫电池石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以经活化处理的石墨烯(AG)为主体材料, 通过化学还原法制备了石墨烯负载硫的复合正极材料AG/S。SEM、EDX和TEM测试结果表明经活化处理后形成手风琴结构的AG, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在AG表面, 同时沉积在AG的层间。电化学测试表明: 在400 mA/g电流密度下, AG/S复合正极材料首次放电比容量为1452.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在909.7 mAh/g; 在1000 mA/g电流密度下, AG/S复合材料首次放电比容量为1309.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在717.1 mAh/g。AG/S复合正极材料的倍率性能、库仑效率和循环性能优异, 这得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布, 活化石墨烯优良的导电性以及其结构对硫的固化作用。     

锂硫电池硫正极材料研究进展

由化石燃料的大量使用导致的全球能源和环境问题日益严重,已对人们的生产和生活产生了明显的影响。开发利用储量丰富的清洁能源(如太阳能、水能和风能等)有望较好地解决全球能源和环境问题。由于这些清洁能源存在地域性、间歇性等特点,高效的能量转化和存储技术是实现清洁能源规模化利用的关键和基础。锂离子电池作为绿色环保的储能器件,已在手机、笔记本电脑、相机等便携电子产品中广泛使用。近年来,锂离子电池开始在电动汽车等动力电池领域得到应用。但是,由于其能量密度不够高,导致锂离子电池电动汽车续航短、充电频繁及购车成本高。由金属锂为负极和硫为正极组成的锂硫电池的能量密度(2 600 Wh·kg~(-1))远高于目前广泛使用的锂离子电池。此外,硫正极材料具有储量丰富、毒性低、价格便宜、环境友好等突出优点。因此,锂硫电池被认为是当前最具研究前景的高能量密度二次电池之一。硫正极材料的本征导电性差、在充放电过程中存在较大的体积膨胀和收缩,储放锂过程中形成的多硫化锂易溶于电解液,使得锂硫电池的倍率性能、循环寿命和库伦效率等电化学性能离实际应用仍有较大距离。迄今为止,关于硫正极材料的研究工作,主要集中于如何提升其导电性、抑制或消除由多硫化锂的溶解引起的穿梭效应以及在反复的循环过程中保持电极材料微结构的稳定性等方面。相关研究表明,将硫与不同形貌的碳材料复合构筑成具有特殊微观结构的硫/碳复合正极材料可显著提高其导电性、抑制多硫化锂的穿梭效应和减缓储放锂前后的体积变化,进而改善倍率性能、循环稳定性和充放电效率等。此外,在硫正极材料中引入异质元素掺杂碳材料、金属氧化物和导电集合物均可通过化学吸附实现对易溶解多硫化锂的有效吸附。将上述多种改性方法结合也可使硫正极材料具有优异的电化学储锂性能。本文从锂硫电池的工作原理出发,总结了硫正极材料存在的主要问题,综述了近几年锂硫电池复合正极材料的研究进展,最后对锂硫电池正极材料的研究思路与发展趋势进行了分析和展望。     

石墨烯/富锂三元正极复合材料的制备及电化学性能研究

通过水热法制备了石墨烯包覆量不同的石墨烯/富锂三元正极复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电化学交流阻抗等对包覆后富锂三元正极复合材料的物相结构、形貌及电化学性能进行了研究。结果表明:石墨烯包覆量为2%(质量分数)时,包覆效果较好,石墨烯/富锂三元正极复合材料首次库仑效率为89.6%,比富锂三元正极材料提高了17.16%,放电比容量为226.41mAh/g,比原材料提高了21.38mAh/g;以0.5C循环100次后石墨烯/富锂三元正极复合材料放电比容量可保持在154mAh/g,容量保持率为88%,比富锂三元正极材料提高了5.3%;石墨烯/富锂三元正极复合材料阻抗为75Ω,比富锂三元正极材料阻抗低50Ω。     

多壁碳纳米管对单质硫正极材料电化学性能的改性

为增强单质硫电极的导电性能和抑制活性硫在电解液中的溶解,选用高比表面积、强吸附能力的多壁碳纳米管作为非活性添加剂,通过密封分段加热的方式与单质硫形成复合材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积(BET)测试均表明单质硫均匀分散到碳纳米管基体中。电化学测试显示添加碳纳米管的硫电极首次放电比容量高达1 487.0mAh.g-1,硫的利用率达到了88.9%,循环50次后比容量还保持在913.7mAh.g-1,较之普通硫电极其电化学性能得到显著改善。     

锂硫电池正极富氮粘结剂的制备与性能研究

理想的锂硫电池正极用聚合物粘结剂不仅应具有良好的粘附性能,还应有丰富的极性基团以吸附多硫化物,抑制穿梭效应。通过壳聚糖(CS)与含大量氨基的聚乙烯亚胺(PEI)通过氢键作用结合,合成了一种富氮粘结剂(CS&PEI)。结果表明,与未改性的CS粘结剂相比,CS&PEI粘结剂具有更好的粘结性能和对多硫化物的吸附性能。使用CS&PEI粘结剂组装的锂硫电池具有更加优异的倍率性能和长循环稳定性。在0.2 C循环150次后,锂硫电池的比容量仍然保持为814 mAh/g。     

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。     

不同合成方法制备硫/碳复合正极材料及表征

以活性炭和升华硫为原料,采用熔融法、气相法和真空浸渍法制备硫/碳复合正极材料,通过碳硫分析、粒度测试、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET及孔径分布来表征材料的结构,并用恒流充放电测试考察了所得材料的电化学性能。结果表明,气相负载法制备的复合材料具有更好的电化学性能,在15mA/g电流密度下首次放电比容量为768mAh/g,不同电流密度循环24次后容量仍有405mAh/g。     

石墨烯包覆炭硫复合物正极材料的制备及其电化学性能(英文)

利用石墨烯作为新型的阻挡层,设计并制备出具有核壳结构的石墨烯包覆多孔炭/硫复合材料,抑制锂硫电池中的"穿梭效应",以提高正极材料的循环性能。该结构利用多孔炭材料作为储存硫的载体,而石墨烯作为阻挡层可以限制充放电过程中形成的多硫化物向体相电解液中的扩散,从而实现对正极材料的容量和循环性能的提高。此外,提出一种简便的组装方法来实现石墨烯在多孔炭/硫复合材料表面的包覆。利用氧化石墨烯在液相还原过程中官能团的去除来降低亲水性,从而使其自发地包覆在不亲水的多孔炭/硫复合材料表面,形成石墨烯包覆的核壳结构。     

锂硫二次电池硫基正极材料的研究进展

作为新一代的储能体系,锂硫二次电池以高的理论能量密度(2 600 m Ah/g),廉价的正极材料以及环境友好等特点受到广泛的关注。但是,由于硫的绝缘性和充放电过程中体积的膨胀、锂硫之间复杂的电化学反应及其产物多硫化物的溶解性等诸多问题的存在,阻碍了锂硫二次电池走向商业化。本文从无机金属化合物与硫复合、导电高分子与硫复合、纳米碳及其衍生物与硫复合,以及三元复合等方面出发,综述了近年来锂硫电池正极材料的研究现状,并展望了该材料的未来发展趋势。     

锂离子电池正极材料的研制新进展

综述了锂离子电池正极材料的最近发展动态,着重介绍了被修饰的正极材料、O3-LiCoO2、LiFeO2的合成方法及电化学性能。展望了锂离子正极材料的发展趋势。     

层状锂钴镍锰氧化物交流阻抗谱的研究

用交流阻抗法研究了锂离子电池结构、充电状态以及温度对层状锂钴镍锰氧化物反应动力学的影响.结果表明：与未卷绕的2032电池相比,卷绕的18650电池在高频出现了感抗.根据不同电位下的阻抗谱可以推断层状锂钴镍锰氧化物的脱锂过程分为三个阶段,2.0～2.7V为克服晶格结构作用力阶段,2.7～3.65V为锂离子多层钝化膜的形成过程,3.65～4.25V为多层钝化膜与溶液界面的双电层形成过程.温度的升高加快了电荷传递速度和锂离子扩散速度,计算得到电荷传递活化能和锂离子扩散活化能分别为20.48、48.67kJ/mol,且后者是电化学反应的控制步骤.     

层状锂钴镍锰氧化物交流阻抗谱的研究

用交流阻抗法研究了锂离子电池结构、充电状态以及温度对层状锂钴镍锰氧化物反应动力学的影响．结果表明:与未卷绕的2032电池相比,卷绕的18650电池在高频出现了感抗．根据不同电位下的阻抗谱可以推断层状锂钴镍锰氧化物的脱锂过程分为三个阶段,2．0-2．7V为克服晶格结构作用力阶段,2．7-3．65V为锂离子多层钝化膜的形成过程,3．65-4．25V为多层钝化膜与溶液界面的双电层形成过程．温度的升高加快了电荷传递速度和锂离子扩散速度,计算得到电荷传递活化能和锂离子扩散活化能分别为20．48、48.67kJ／mol,且后者是电化学反应的控制步骤．     

锂离子电池正极材料层状LiMnO2的研究进展

对近年来圆外层状氧化锰锂正极材料的研究进展进行了综述。详细介绍了正交和单斜同质多晶层状氧化锰锂的晶体结构，合成方法及其电化学特性。开发新的合成方法以及多组分掺杂改性以提高英应用性仍是今后．层状氧化锰锂的研究发展方向。     

高性能Si@SiO_x@C负极材料的制备及其电化学性能

本文通过对粉体Si进行球磨,结合在球磨产物中引入柠檬酸并对其进行碳热分解处理,制备了一种低碳高SiO_x含量的Si@SiO_x@C复合材料。采用现代材料分析测试技术和电化学测试技术,研究了500~700℃的碳热分解处理温度对复合材料的结构和其作为锂离子电池负极材料的电化学性能的影响。研究结果表明,不同温度获得的复合材料均为微米/亚微米尺寸的Si核外包覆有不同厚度的SiO_x及碳的Si@SiO_x@C颗粒,其中650℃条件下制得的复合材料中SiO_x和碳的含量分别约为55wt%和10wt%。该复合材料作为负极材料,表现出优于其它温度下获得的复合材料的结构和电化学性能,其在不再额外添加碳导电剂的条件下,在300 mA/g充放电时的首次库伦效率为74%,经200次循环后的容量为776mAh/g,容量保持率达75%。该低碳含量的微米/亚微米尺寸的Si基负极材料振实密度高,对于获得高体积比容量的电池极具使用潜力。     

Preparation of nitrogen-doped three-dimensional hierarchical porous carbon/sulfur composite cathodes for high-performance aluminum-sulfur batteries

Abstract

Aluminum-ion batteries, as a feasible substitute for lithium-ion batteries, have the advantages of high safety, high capacity, low cost and environmental friendliness. However, the cathode material is one of the key factors restricting the performance and practical application of aluminum-ion batteries. Sulfur is becoming a promising cathode material for aluminum-ion batteries due to its considerable theoretical specific capacity. However, the poor conductivity of elemental sulfur seriously limits the development of aluminum-sulfur batteries. In this work, nitrogen doped three-dimensional multi-stage porous carbon materials (N-C/S) were prepared, which were compounded with sulfur to prepare carbon sulfur composite cathode materials. The microstructure, phase morphology, element composition and electrochemical performance were analyzed by various characterization methods. Then, N-C/S composite was used as a positive electrode to assemble a new type of aluminum-sulfur batteries, and its performance was evaluated. This novel high-performance N-C/S composite cathode holds great potential in future high-performance aluminum-sulfur batteries.