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     

福建物构所纳米环境材料研究最新进展

近日,美国化学会新闻周刊以"回收应用于电视、汽车电池、手机的贵重材料"为题报道了福建物构所结构化学国家重点实验室林璋课题组关于纳米环境材料研究工作的最新进展,主要内容如下:当今许多科技,无论从混合动力汽车电池到超薄液晶电视均依赖于供应紧缺的稀土元素(REEs)。近日中国科学家们报道发展了一种从废水中回收稀土的新方     

面向锂硫电池的高负载量碳硫复合正极材料研究进展

在近20多年的发展过程中,锂离子电池已经越来越接近于其理论能量密度的极限,并且随着化石能源消耗和电动车需求量的增加,锂离子电池已经不能满足于社会的需要,寻找可替代的绿色新能源也变得愈发重要。其中,锂硫电池是最有希望代替锂离子电池,成为下一代电化学储能系统的电池之一。由于硫的无毒性、低成本和高的能量密度等优势,使得锂硫电池吸引了研究者们的广泛关注。硫作为锂硫电池中非常重要的一部分——正极材料,对于电池的循环寿命、循环稳定性、能量密度、库伦效率等方面产生了非常重要的影响。但是锂硫电池中存在的关键问题亦限制了其实际应用,例如硫的导电性差、多硫化物中间体的"穿梭效应"、较低的硫负载量、大的体积膨胀以及复杂的内部反应机理等。为了提高锂硫电池整体的性能,设计具有高的比表面积、优越的导电性以及更多的活性位点的基底材料来负载硫变得越来越重要。为解决这些问题,研究者们设计了各种不同材料来进行硫的负载,例如碳-硫复合材料、金属氧化物-硫复合材料、聚合物-硫复合材料等。其中由于碳材料具有密度低、比表面积大、导电性好、结构多样、易于加工制备和价格低廉等优点,引起了研究者们的广泛关注,因此研究者们相继实现了用一维、二维以及三维等不同结构的碳材料来负载硫,使得锂硫电池的循环寿命、循环稳定性和库伦效率得到了有效的提高。虽然在循环寿命等方面,研究者们做出了很大的贡献,但是硫的负载量却有限,从而导致电池整体的能量密度仍然很低。从商业化的角度来看,电池能量密度的高低才是研究者们关注的重点,因此研究者们在提高其性能的同时,也在不断地提高硫的负载量,以求达到更高的能量密度。本文主要从四个方面进行了相关总结:首先,概述了锂硫电池最新发展状况;其次,概要介绍了锂硫电池中存在的反应机理和阻碍锂硫电池发展的主要问题;再次,重点总结了提高锂硫电池的性能和载硫量方面的研究进展,并简单介绍了面载量、面容量和电解液与硫的比值对电池整体性能的影响;最后,总结和展望了锂硫电池未来可能的发展方向。     

富锂型锂离子电池正极材料的合成及性能研究

以LiAc·2H2O、Mn(Ac)2·4H2O、Ni(Ac)2·4H2O为原料,采用水溶液法合成锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2和Li1.2Ni0.3Mn0.5O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构和形貌进行表征,并测试了该材料的电化学性能。结果表明,样品LiNi0.5Mn0.5O2首次放电比容量能达到125.6mAh/g,经过30周循环以后,放电比容量为111.2mAh/g,容量保持率为96.2%;而富锂样品Li1.2Ni0.3Mn0.5O2首次放电比容量能达到187.2mAh/g,经过30周循环以后放电比容量为184.5mAh/g,容量保持率为98.6%,远高于富锂前样品。另外,富锂后的样品Li1.2Ni0.3Mn0.5O2倍率性能优于富锂前。     

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。     

福建物构所等分子基非线性开光相变晶体材料研究获新进展

在科技部973计划、国家自然科学优秀青年基金、中科院"百人计划"等项目的支持下,福建物构所中科院光电材料化学与物理重点实验室罗军华研究小组利用分子基相变晶体材料在相变过程中诱导分子极化的产生,从而引起物质倍频效应的产生,实现非线性倍频性能的可逆开关。通过变温单晶衍射、差热/热重、变温介电和变温粉末衍射,以及和中科院武     

锂-硫电池用高体积比容量硫/铁酸镍复合正极材料

锂-硫电池因其较高的理论质量能量密度而广为人知.然而,与以重质过渡金属氧化物作为正极材料的传统锂离子电池相比,锂-硫较低的体积能量密度是其实际应用的瓶颈.此外,硫单质通常与轻质导电碳基底材料复合,以实现其电化学循环稳定性.这使得锂-硫电池实际体积能量密度更低.本文通过静电纺丝方法制备了铁酸镍纳米纤维,并将其用作新型载体...     

我国二氧化钛研究取得新进展

据中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室研究员周峰介绍,该实验室最近在二氧化钛的研究上又取得了新的进展。     

中科院过程工程研究所纳微结构材料研究取得新进展

国际材料领域的著名期刊Advanced Functional Materials在最新一期（17，2007，2766—2771），以内封面文章的形式报道了中科院过程工程所多相复杂系统国家重点实验室朱庆山研究员领导的课题组在材料纳微结构调控方面取得的新进展。     

福建物构所稀土上转换荧光生物标记材料研究取得新进展

正与传统的分子荧光标记材料(如荧光染料)相比,稀土上转换纳米发光材料不仅化学稳定性高、荧光寿命长、潜在生物毒性低,而且由于采用近红外光源激发具有较大的光穿透深度、无生物组织自荧光以及对生物组织几乎无损伤等显著优点,在荧光生物检测     

蜂窝状三维碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用研究

采用高温热解将Hummers法制备的氧化石墨(GO)还原并与多孔碳(DK)复合制得石墨烯-多孔碳(RE-RGO-DK),再利用化学法制得石墨烯-多孔碳/硫(RE-RGO-DK/S)正极复合材料。结果表明,该复合材料为蜂窝状形貌和笼状结构的无定形碳,表面被石墨烯覆盖。电化学性能测试结果显示,RE-RGO-DK/S首次放电比容量为1132mAh/g,50次充放电循环后比容量仍能保持640mAh/g,表现出良好的循环性能。     

我国研制出高性能锂离子电池正极材料

在国家自然科学基金委、科技部以及中科院化学所引进国外杰出青年人才计划的支持下，化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室的研究人员，成功开发出一种具有超快速充放电能力的LiFePO4/C纳微复合结构锂离子电池正极材料。     

中国科学院力学研究所仿生材料研究取得新进展

对材料的结构和性能进行仿生设计、以获得满足某些特定服役环境要求的工程材料是目前材料研究中的热点之一。最近,中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室（LNM）“生物及仿生材料力学”课题组的宋凡研究员、许向红副研究员和邵颖峰助理研究员及其合作者,用等离子刻蚀和酸腐蚀的办法,在陶瓷表面成功引入了仿蜻蜓翼表面纳米结构,使陶瓷表面的水接触角提高五十度以上成为超疏水表面,有效地提高了陶瓷材料的抗热震性。     

我国纳米半导体敏感材料研究取得新进展

据有关媒体报道,中科院智能所的研究人员通过煅烧硫化物前驱体的方法制备了一种具有多孔结构的单晶半导体氧化物纳米材料。这种多孔单晶纳米材料有望成为制作高灵敏度和长期稳定传感器的新一代材料。     

中科院过程工程研究所：纳微结构材料研究取得新进展

国际材料领域的著名期刊Advanced Functional Materials在最新一期（17，2007，2766-2771），以内封面文章的形式报道了中科院过程工程所多相复杂系统国家重点实验室朱庆山研究员领导的课题组在材料纳微结构调控方面取得的新进展。     

中南大学在纳米多孔储能材料研究领域取得重要进展

正纳米多孔结构的碳材料由于具有大比表面积、独特的孔结构以及丰富的纳米孔,使其在储能领域应用潜力巨大,也引起了人们的高度重视。然而,对于多孔材料在纳米尺度上,面向不同储能需求的多功能组合和调控仍是目前材料领域的一个难点问题。在国家自然科学基金项目(批准号:51274240)的资助下,中南大学周向阳课题组与香港理工大学L imin Zhou课题组合作,在一维与二维纳米多孔碳材料的制备、表征及形貌结构控制的过程机理方面的研究取得了重要进展,相关研究成果分     

锂离子电池正极材料磷酸铁锂的碳热还原法制备及电化学性能的研究

橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO₄)由于具有良好的优点,受到社会各界的广泛关注。由于磷酸铁锂自身结构存在的一些缺点,因此导致电子传导率低和锂离子扩散系数小,不仅影响放电倍率,还阻碍工业化的应用。该文采用碳热还原法制备Li FePO₄/C正极材料,研究不同三价铁源合成磷酸铁锂材料的电化学性能状况,通过XRD、SEM等手段表征所得材料,并通过恒流充放电等测试了解其电化学性能,从而找到一种最佳的低成本三价铁源,优化固相碳热还原工艺。     

SnS2/ZIF-8衍生二维多孔氮掺杂碳纳米片复合材料的锂硫电池性能研究

锂硫电池(LSBs)因能量密度高、原料储量丰富、环境友好等优点引起了广泛关注。然而,多硫化物的穿梭效应、反应过程中较大的体积膨胀以及硫较差的电子电导率等缺点极大地限制了其发展。本研究设计了一种SnS₂纳米颗粒与ZIF-8衍生的花状二维多孔碳纳米片/硫复合材料(ZCN-SnS₂-S),并研究了其作为锂硫电池正极的电化学性能。其独特的二维花状多孔结构不仅有效缓解了反应过程中的体积膨胀,而且为Li+和电子的传输提供了快速通道,杂原子N也促进了对多硫化物的吸附作用。并且负载的极性SnS₂纳米颗粒极大地增强了对多硫化物的吸附,从而使ZCN-SnS₂-S复合材料表现出优异的电化学性能。在0.2C(1C=1675 mA·g^-1)电流密度下, ZCN-SnS₂-S电极循环100次后仍能保持948 mAh·g^-1的高可逆比容量,容量保持率为83.7%。即使在2C的高电流密度下循环300圈,ZCN-SnS₂-S电极仍具有546 mA...     

国家纳米科学中心在纳米材料生物效应研究方面取得新进展

近日,国家纳米科学中心中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室陈春英研究组与纳米材料研究室唐智勇研究组合作,在以秀丽线虫为模型研究纳米材料生物效应方面取得重要进展,研究结果发表在美国化学会的Nano Letters杂志上。纳米材料与生命体系相互作用及其健康效应问题,是纳米科技领域的重要前沿科学问题。     

国家纳米科学中心在纳米材料生物效应研究方面取得新进展

近日，国家纳米科学中心中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室陈春英研究组与纳米材料研究室唐智勇研究组合作，在以秀丽线虫为模型研究纳米材料生物效应方面取得重要进展。研究结果发表在美国化学会的Nano Letters杂志上（2011，11：3174—3183）。