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三聚磷腈复合硫正极材料性能的改进研究 被引量：3
1
作者 岳鑫 刘慧 +1 位作者 刘景东 王文继 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1602-1604,1609,共4页
采用加热法,将三聚磷腈复合硫(TPS)正极材料与介孔炭复合,以期望改善电极性能。扫描电子显微镜显示TPS具有与硫不同的表面形貌,接触角测定表明水滴与TPS表面的接触角为35°,而硫表面的接触角为115°,XRD和IR测定证明TPS结构特... 采用加热法,将三聚磷腈复合硫(TPS)正极材料与介孔炭复合,以期望改善电极性能。扫描电子显微镜显示TPS具有与硫不同的表面形貌,接触角测定表明水滴与TPS表面的接触角为35°,而硫表面的接触角为115°,XRD和IR测定证明TPS结构特征为表面经过磷腈基团修饰的硫。复合介孔炭后,TPS电极性能改善,在10mA/g的充放电电流下,其首次放电容量为767mAh/g,第二周容量保持率为84.8%,30次循环后容量为303.8mAh/g。 展开更多
关键词 聚磷腈 复合硫正极 锂硫电池 充放电性能
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锂硫电池复合硫正极中客体材料与多硫化物的相互作用 被引量：3
2
作者 唐晓楠 孙振华 +3 位作者 陈克 杨慧聪 禚淑萍 李峰 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2017年第3期345-359,共15页
随着人类社会对高效电化学储能器件需求的不断增加,具有高理论能量密度和低成本的锂硫电池成为下一代最具潜力的锂二次电池之一。然而,锂硫电池的实际应用仍然存在很多问题,如循环寿命短、库仑效率差、自放电等。产生这些问题的主要原... 随着人类社会对高效电化学储能器件需求的不断增加,具有高理论能量密度和低成本的锂硫电池成为下一代最具潜力的锂二次电池之一。然而,锂硫电池的实际应用仍然存在很多问题,如循环寿命短、库仑效率差、自放电等。产生这些问题的主要原因是发生在电池放电过程中的多硫穿梭效应。为了解决这些问题,国内外学者进行了大量研究,特别是在利用复合正极材料中客体碳基材料的结构设计及电极材料的功能修饰来改善电化学性能方面,取得了很大进展。本文回顾了近年来应用于锂硫电池的各种纳米结构正极材料的基础研究及技术发展,包括其制备、结构、形貌及电池性能等。根据复合硫正极中客体材料与多硫化物的相互作用,将复合硫正极材料分为物理吸附材料和化学吸附材料两大类,深入分析了作用机理及性能提高的作用规律,并在此基础上,展望了锂硫电池正极材料将来可能的发展方向。 展开更多
关键词 锂硫电池 物理吸附 化学吸附 复合硫正极
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rGO-S-CPEs复合正极的制备及其全固态锂硫电池的电化学性能
3
作者 张港 张亦罗 +1 位作者 曹诗雨 陈斐 《电源技术》 CAS 北大核心 2023年第10期1259-1262,共4页
聚合物基复合电解质(CPE)应用于全基固态锂硫电池在保证高能量密度的同时,改善了电解质与电极之间的界面接触,具有更为广阔的应用前景。但硫正极固有的绝缘性会导致较低的电子/离子传输速率,通常选用高导电性的碳材料和高离子电导率的... 聚合物基复合电解质(CPE)应用于全基固态锂硫电池在保证高能量密度的同时,改善了电解质与电极之间的界面接触,具有更为广阔的应用前景。但硫正极固有的绝缘性会导致较低的电子/离子传输速率,通常选用高导电性的碳材料和高离子电导率的电解质材料来改善复合硫正极的电子/离子传输速率。制备了高离子电导率的聚合物基聚氧化乙烯(PEO)-双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)-锆酸镧锂(LLZO)复合电解质,在20和60℃下离子电导率分别为1.16×10-4和7.26×10^(-4)S/cm,同时将其与硫-还原氧化石墨烯制备rGO-S-CPEs复合硫正极,在改善了正极中离子传输速率的同时,取代了粘结剂的作用。探究了正极材料中不同含量的复合电解质对电池性能的影响。测试结果表明,当硫正极中复合电解质含量为40%(质量分数)时,全固态锂硫电池的电化学性能最佳,在0.2 C、45℃下,首次充放电比容量为923 mAh/g,50次循环后比容量为653 mAh/g。 展开更多
关键词 全固态锂硫电池 PEO-LiTFSI-LLZO复合电解质 复合硫正极 电子/离子传输速率
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面向锂硫电池的高负载量碳硫复合正极材料研究进展 被引量：6
4
作者 张腾 唐天宇 侯仰龙 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期90-102,共13页
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... 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。 展开更多
关键词 锂硫电池 硫的负载量 穿梭效应 碳/硫复合正极 碳纳米材料
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原位水解/熔融扩散法制备钛酸锂/硫复合正极及其在全固态锂电池中的应用 被引量：1
5
作者 杜英 李劼 刘晋 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期521-529,共9页
利用原位水解和熔融扩散技术制备钛酸锂/硫(LTO/S)复合材料,并以该复合材料为正极、金属锂为负极,结合PEO基聚合物固体电解质组装全固态锂电池。研究结果表明,电池充放电过程中钛酸锂和硫作为正极活性物质均提供了高容量,电池循环稳定... 利用原位水解和熔融扩散技术制备钛酸锂/硫(LTO/S)复合材料,并以该复合材料为正极、金属锂为负极,结合PEO基聚合物固体电解质组装全固态锂电池。研究结果表明,电池充放电过程中钛酸锂和硫作为正极活性物质均提供了高容量,电池循环稳定性也得到了显著提高;当复合正极中钛酸锂与硫质量比为1:3、活性物质质量分数为80%时,电池的容量发挥和循环稳定性同时达到最佳;在60℃和0.2C测试条件下,循环100圈后电池比容量保持在801 mA·h/g,库仑效率达到99%。 展开更多
关键词 全固态锂电池 钛酸锂/硫复合正极 聚合物固体电解质 穿梭效应
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锂硫电池复合正极研究进展
6
作者 李西尧 赵长欣 +2 位作者 李博权 黄佳琦 张强 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期25-37,共13页
锂硫电池因其超高的理论能量密度被视为极具前景的下一代电化学储能体系,其中高比容量的硫正极提供了锂硫电池的能量密度优势并直接决定了电池的实际性能。经过数十年的发展,最具前景的硫正极体系分别是硫碳复合(S/C)正极和硫化聚丙烯腈... 锂硫电池因其超高的理论能量密度被视为极具前景的下一代电化学储能体系,其中高比容量的硫正极提供了锂硫电池的能量密度优势并直接决定了电池的实际性能。经过数十年的发展,最具前景的硫正极体系分别是硫碳复合(S/C)正极和硫化聚丙烯腈(SPAN)正极。本文系统综述了S/C正极和SPAN正极的最新研究进展。首先,简要介绍了两种正极的工作原理并进行了比较。S/C正极发生固-液-固多相转化反应,充放电表现为双平台特征。与之相比,SPAN正极发生固-固反应,充放电曲线为单平台。然后,对两种正极所面临的挑战和目前报道的优化策略进行了系统的分析与讨论。对于S/C正极,主要调控策略包括电极结构修饰、电催化剂设计与辅助氧化还原介体调控;对于SPAN正极,主要调控策略包括电极结构设计、电极形貌调控、杂原子掺杂和外源性氧化还原介体调控。最后,在电池尺度上对S/C正极和SPAN正极进行了综合比较,并对基于S/C正极和SPAN正极的锂硫电池在未来所面对的机遇与挑战进行了展望。 展开更多
关键词 锂硫电池 硫碳复合正极 硫化聚丙烯腈正极 多硫化锂
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复合导电添加剂对全固态锂硫电池性能影响的研究
7
作者 王东浩 晏鹤凤 龚正良 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期388-395,共8页
使用硫化物固体电解质的全固态锂硫电池由于多硫化物不溶于硫化物固体电解质及硫化物电解质不可燃的特性,得以完全避免穿梭效应并显著提高了电池的安全性能而被认为是极具潜力的下一代储能电池。如何建立并平衡复合正极中离子/电子导电... 使用硫化物固体电解质的全固态锂硫电池由于多硫化物不溶于硫化物固体电解质及硫化物电解质不可燃的特性,得以完全避免穿梭效应并显著提高了电池的安全性能而被认为是极具潜力的下一代储能电池。如何建立并平衡复合正极中离子/电子导电网络且维持复合正极中较高活性物质含量对于全固态锂硫电池至关重要。本文以单质硫为活性物质研究了复合导电添加剂对全固态锂硫电池性能的影响,发现以乙炔黑(AB)为导电碳材料明显优于Super P和Ketjen Black;优化复合正极的组成,发现硫:乙炔黑:固体电解质的质量比为40:20:40时,全固态锂硫电池在室温和60℃下均具有良好的电化学性能。 展开更多
关键词 全固态锂硫电池 复合硫正极 电子/离子输运 高硫含量
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全固态锂硫电池中高硫含量正极优化
8
作者 郑雪凡 武玉琪 +1 位作者 杨武 龚正良 《电源技术》 CAS 北大核心 2023年第4期480-484,共5页
具有高理论比容量(1672 mAh/g)的全固态锂硫电池(ASSLSBs)是最有前景的下一代储能技术之一。构建良好的离子/电子通道是实现高性能全固态锂硫电池的关键。利用Li_(7)P_(3)S_(11)(LPS)作为电解质,通过高能两步球磨法制备硫含量高达50%(... 具有高理论比容量(1672 mAh/g)的全固态锂硫电池(ASSLSBs)是最有前景的下一代储能技术之一。构建良好的离子/电子通道是实现高性能全固态锂硫电池的关键。利用Li_(7)P_(3)S_(11)(LPS)作为电解质,通过高能两步球磨法制备硫含量高达50%(质量分数)的复合硫正极。在高硫载量(6 mg/cm^(2))下研究了离子与电子导电剂的比例、球磨参数以及炭材料种类对复合硫正极电化学性能的影响。结果表明,当复合正极中固体电解质LPS与乙炔黑(AB)质量比为3∶2时,有利于构建良好离子/电子传输通道,获得优异电化学性能;在此基础上,进一步优化球磨复合过程的球料比,发现球料比为70∶1时所制备的复合硫正极S_(50)-LPS_(30)-AB_(20)表现出最优的电化学性能,其初始放电比容量高达1312 mAh/g,具有良好的倍率性能和循环稳定性。 展开更多
关键词 全固态锂硫电池 高能量密度 复合硫正极 球磨参数 硫化物电解质
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碳质材料在锂硫电池中的应用研究进展 被引量：26
9
作者 张强 程新兵 +2 位作者 黄佳琦 彭翃杰 魏飞 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期241-264,共24页
随着石墨负极的成功商用,锂离子电池在智能手机、笔记本电脑等便携式电子设备中已得到广泛的应用。经过20多年的发展,现有基于嵌锂化合物正极的锂离子电池已接近其理论容量,但仍不能满足高速发展的电子工业和新兴的电动汽车等行业的要求... 随着石墨负极的成功商用,锂离子电池在智能手机、笔记本电脑等便携式电子设备中已得到广泛的应用。经过20多年的发展,现有基于嵌锂化合物正极的锂离子电池已接近其理论容量,但仍不能满足高速发展的电子工业和新兴的电动汽车等行业的要求,寻找具有更高能量密度的电池系统迫在眉睫。锂硫电池系统具有极高的理论能量密度,在多种储能系统中是最具潜力的一种二次电池。但是锂硫电池中也存在硫的电导率极低、多硫化物溶解迁移等问题,使其在走向实用化的过程中遇到许多困难。纳米碳质材料在新型锂硫电池的开发过程中处于重要地位,通过纳米炭的引入,可以获得导电复合正极材料,控制多硫化物的穿梭,从而有望实现正极硫材料的高效利用。综述了基于纳米炭-硫复合正极材料,尤其是碳纳米管、石墨烯、多孔炭以及其杂化物等材料复合的电极,分析其结构与锂硫电池性能的关系,并展望锂硫电池的发展方向。 展开更多
关键词 锂硫电池 碳硫复合正极 纳米炭 碳纳米管 石墨烯 多孔炭 杂化物
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锂硫电池关键材料与技术的研究进展 被引量：13
10
作者 陈雨晴 杨晓飞 +3 位作者 于滢 李先锋 张洪章 张华民 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2017年第2期169-189,共21页
锂硫电池在理论上具有2600 W·h/kg的质量比能量和2800 W·h/L的体积比能量,且材料成本低廉、环境友好,可以满足很多新兴技术的要求,受到学术界和产业界的广泛关注。但是其在产业化开发过程中遇到诸多技术难题,需要通过正极、... 锂硫电池在理论上具有2600 W·h/kg的质量比能量和2800 W·h/L的体积比能量,且材料成本低廉、环境友好,可以满足很多新兴技术的要求,受到学术界和产业界的广泛关注。但是其在产业化开发过程中遇到诸多技术难题,需要通过正极、负极、隔膜、电解液等基础材料的开发和制造技术的进步获得不断突破。本文从产业化应用的需求出发,总结了锂硫电池在提高其安全性能、循环寿命、功率密度及比能量等方面存在的问题及解决方案,提出电池循环过程中产生的体积变化主要是由于锂负极的不均匀沉积引起的,最后结合电池成本及应用要求预测了未来锂硫电池研究的重要方向。 展开更多
关键词 锂硫电池 金属锂负极 碳硫复合正极
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