鋰硫電池以單質(zhì)硫作為正極材料,在理論容量和能量密度方面具有很大的優(yōu)勢,而且單質(zhì)硫還具有儲量豐富、成本低廉、環(huán)境友好、安全可靠等優(yōu)點,所以被認為是下一代極具應用前景的儲能系統(tǒng)。然而,鋰硫電池在實際應用中還存在許多問題,單質(zhì)硫和硫化鋰是電子/離子絕緣體,硫正極在放電過程中產(chǎn)生體積膨脹,多硫化物易溶于電解液引起穿梭效應,通過改善硫正極的導電性和抑制多硫化物的溶解可以提高鋰硫電池的電化學性能。本文主要通過對硫/碳黑復合材料進行高導電碳纖維嵌入、導電聚合物包覆和金屬化合物添加改性,以及利用具有特殊結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)碳與單質(zhì)硫復合制備高性能鋰硫電池復合正極材料,具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:（1）采用溶劑分散和熔融滲硫制備橋連結(jié)構(gòu)S@CB/VGCF復合材料。S@CB/VGCF復合材料中硫/碳黑塊狀聚集物尺寸明顯減小,硫充分接觸電解液,利用率提高;高導電VGCF嵌入硫/碳黑團簇,連接團簇顆粒,構(gòu)建高導電網(wǎng)絡,提供電子快速傳輸通道。改性制備的橋連結(jié)構(gòu)S@CB/VGCF電極電化學性能得到明顯改善:0.2 C電流密度下首次放電容量達到1062 mAh g-1,200次循環(huán)后容量容量保持53.9%;1C電流密度下首次放... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１不同電化學能量儲存體系和轉(zhuǎn)換裝置對比圖［２６］??

重新受到廣泛關注，相關工作得到迅速發(fā)展。??典型的鋰硫電池體系由單質(zhì)硫正極、金屬鋰負極、隔膜以及電解質(zhì)構(gòu)成，常??用的電解質(zhì)一般使用醚類電解液，具體結(jié)構(gòu)如圖１．３?ａ所示。這種結(jié)構(gòu)體系的鋰??硫電池首次電化學反應為放電過程，鋰離子從負極遷移至正極，正極單質(zhì)硫還原??為Ｌｉ２Ｓ，電子通過外電路傳輸，產(chǎn)生電能。在后續(xù)的充電過程中，鋰離子在外加??電壓的作用下從正極到負極逆向遷移，正極Ｌｉ２Ｓ重新氧化為單質(zhì)硫，電能轉(zhuǎn)化??為化學能儲存起來［３７］。除此以外，另一種鋰硫電池結(jié)構(gòu)體系以Ｌｉ２Ｓ作為正極，??硅、錫、金屬氧化物等非鋰高容量材料作為負極［１１］。這種結(jié)構(gòu)體系的鋰硫電池充??放電機理和單質(zhì)疏體系類似。ＬｈＳ正極與單質(zhì)硫正極不同的是，硫首先需要放電??嵌鋰，Ｌｉ２Ｓ首先需要充電脫鋰，在此過程中Ｌｉ２Ｓ正極存在較高的活化電位，需??要高電壓對其進行首次活化。在后續(xù)的充放電過程中，Ｌｉ２Ｓ正極和單質(zhì)硫正極的??反應機理一致??３??

電池總反應：Ｓ?＋?２Ｌｉ〇Ｌｉ２Ｓ?（１－３）??圖１．３?ｂ為典型的鋰硫電池充放電電壓曲線，放電過程有兩個明顯的放電平??臺，而充電過程只有一個明顯的充電平臺。在鋰硫電池充放電過程中，硫正極發(fā)??生多步驟多電子氧化還原反應，同時伴隨著復雜的多硫化物相變過程，具體的電??化學反應如１－４至１－８方程式所示［２７，４Ｇ］。??Ｓ８（ｓ）?＋?２ｅ－＾?Ｓｇ２＂?（１－４）??３Ｓ８２—＋２ｅ—ｅ４Ｓ６２＿?（１－５）??２Ｓ６２一＋?２ｅ－〇３Ｓ４２＿?（１－６）??Ｓ４２—?＋?４Ｌｉ＋?＋?２ｅ一?〇?２Ｌｉ２Ｓ２（ｓ）?（１－７）??Ｌｉ２Ｓ２（ｓ）?＋?２Ｌｉ＋?＋?２ｅ￣?＾?２Ｌｉ２Ｓ（ｓ）?（１－８）??單質(zhì)硫正極處于充電狀態(tài)，鋰硫電池首先發(fā)生放電反應。根據(jù)多硫化物的還??原及相變反應，電池的放電過程可以分為四個階段以及兩個放電平臺［３９，４１］。第??一階段為固－液兩相反應，對應電化學反應方程式１－４，固態(tài)硫還原為長鏈Ｌｉ２Ｓ８，??溶于電解液，和放電曲線中Ｉ區(qū)間的放電平臺相對應，放電電壓在２．４?Ｖ左右。??第二階段為液－液轉(zhuǎn)化反應

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Natural nitrogen-doped multiporous carbon from biological cells as sulfur stabilizers for lithium-sulfur batteries[J]. Yan-Ping Xie,Hong-Wei Cheng,Wei Chai,Hong Yue,Xuan Zhang,Jian-Hui Fang,Hong-Bin Zhao,Jia-Qiang Xu.  Chinese Chemical Letters. 2017(04)



本文編號：2964590