锂硫电池研究进展

主要内容课题背景及意义1国内外研究现状2目的内容及方案3方案依据及已经取得的进展4课题背景及意义能量密度高输出电压高自放电率低易携带使用寿命长环境友好锂离子电池在强大的社会发展需求推动下,锂二次电池技术不断向高能量密度、高功率密度、和长循环寿命等几个方向发展课题背景及意义目前己商品化的锂离子电池的能量密度已达150-200Wh/kg。但受到LiCoO2,LiMn204和LiFeP04等传统正极材料和碳负极材料自身理论容量的限制,很难进一步提升其能量密度。课题背景及意义锂硫电池：成本低、环境友好、材料来源充足、理论比容量（1675mAhg-1）和比能量（2500Whkg-1）大Li/S电池主要结构存在问题：1、S的绝缘性。2、多硫化物溶解造成活性物质流失和Li负极的活性降低，从而导致循环寿命降低。3、S在放电过程中体积发生膨胀，使结构稳定性发生破坏。课题背景及意义国内外研究现状1多孔碳(提供导电骨架，限制多硫化物溶解)nazzer在09年首先打破多年的技术瓶颈，通过纳米铸造法以SBA-15作为硬模板合成了CMK-3。用PEG包覆之后首次电容增加到1320mAhg-1。200圈循环之后稳定在1,100mAhg-1。除了热处理渗硫和化学方法渗硫以外，还有一种以H2S为S源的方法：孙福很等先以氧化硅为模板包覆含氮的碳源，热处理后再刻蚀掉SiO2,得到富氮介孔碳，在通入H2S气体。1172mAhg-1左右，100圈后的可逆容量为874mAhg-1，库伦效率为97%。国内外研究现状2核壳结构(起到对多硫离子限域作用)以石墨烯包覆S颗粒：以聚乙二醇（PEG）修饰硫，然后用一种更加温和的负载了炭黑的GO包覆在其表面，然后冷冻干燥。即得到正极材料。100圈以后得到电容为600以上。未考虑到体积膨胀的问题国内外研究现状斯坦福大学以TiO2的先驱体包覆S粒子，然后水热处理后，得到TiO2/S的核壳结构，最后用甲苯溶解掉一部分S，得到下图的蛋黄壳结构。初始容量和1000圈后的库伦效率是1,030mAhg-1(0.5C)和98.4%。需参加额外的导电剂国内外研究现状3纳米线导电网络也有以带孔的碳纳米线为载体合成的正极活性材料。具体方法是将溴化十六烷基三甲铵加入HCl之后，再加入(NH4)2S2O8，搅拌，降温到0-5度。形成吡咯单体纳米线。干燥后600度热处理，然后用NaOH活化成多孔状渗硫。在电流密度0.2C，180圈循环后比容量保持在749.8mAhg−1在高电流密度1C循环200圈仍保持666.0mAhg−1。国内外研究现状另外还有将纳米线外包覆聚苯胺，然后热处理得到氮掺杂多孔碳包覆的纳米线，然后渗硫的正极材料初始电容为1170mAhg-1，200圈后可逆容量为590mAhg-1（0.5C）。合成方法繁琐不易控制循环寿命短国内外研究现状国内外研究现状4采用全固态结构电池国内外研究现状5采用电化学控制的测试手段国内外研究现状6改进电池其他结构国内外研究现状通过对这些文献的分析发现一个普遍的问题，就是大多研究只追求了高的放电比容量和长的循环寿命，而忽视了电池材料硫含量和极片硫载量(“双低”问题)。LOGO