隨著世界科技迅速發(fā)展,便攜式的電子設(shè)備在全球范圍內(nèi)普及使用。大部分的便攜式電子產(chǎn)品以鋰離子電池作為電源來(lái)提供能量。但是鋰離子電池的能量密度較低,不能滿足電動(dòng)汽車(chē)和國(guó)家電網(wǎng)等大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)備和需要長(zhǎng)時(shí)間能源供給的無(wú)人機(jī)等設(shè)備的要求。如何為這些電子設(shè)備提供足夠的能源,是一個(gè)極其重要的問(wèn)題。因此,研發(fā)一種體積小,質(zhì)量輕,具有高的能量密度以及較長(zhǎng)的循環(huán)壽命的電池顯得尤為重要。在眾多可充電的電池中,鋰硫電池有著較高的理論能量密度。從理論計(jì)算的角度來(lái)看,鋰硫電池可以滿足未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)大部分電子設(shè)備的能源供給。但是實(shí)際使用中,鋰硫電池存在著兩個(gè)突出性問(wèn)題:一個(gè)問(wèn)題在于負(fù)極形成的鋰枝晶,會(huì)刺破隔膜或斷裂變成死鋰,從而導(dǎo)致電池發(fā)生短路、循環(huán)壽命減少等問(wèn)題;另一個(gè)問(wèn)題是正極放電時(shí)優(yōu)先生成多硫化物,而多硫化物會(huì)溶解到電解液產(chǎn)生穿梭現(xiàn)象,致使電池產(chǎn)生能量密度減少、負(fù)極鈍化等問(wèn)題。因此,為了可以進(jìn)行的商業(yè)化的使用,鋰硫電池必須要迫切地將這兩個(gè)問(wèn)題解決。本論文主要是從電解質(zhì)角度來(lái)研究,通過(guò)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)二氧化鈦與離子液體共同構(gòu)建準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì),從而解決上述兩個(gè)問(wèn)題。鋰硫電池性能隨之得到進(jìn)一步提升。研究?jī)?nèi)容主要分為兩個(gè)部... 

【文章來(lái)源】：浙江師范大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：77 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同類(lèi)型電池體積和質(zhì)量的理論能量密度數(shù)據(jù)比較

31.2鋰硫電池1.2.1鋰硫電池簡(jiǎn)述硫（S）在自然界中存儲(chǔ)量十分豐富，并且毒害性較小，主要以斜方硫的狀態(tài)（常溫條件下）存在于火山等位置[16]。硫具有多電子的電化學(xué)能力[17]。硫的理論比容量高達(dá)1675mAh·g-1[18]。鋰硫電池的能量密度可達(dá)到2600W·kg-1[15,19]。同時(shí)，S具有成本低、存儲(chǔ)量多、容易在地殼中獲得等優(yōu)勢(shì)。因此，鋰硫電池一種是兼具市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和使用價(jià)值的新型儲(chǔ)能設(shè)備。1.2.2鋰硫電池的反應(yīng)機(jī)理鋰硫電池通過(guò)Li+的遷移和S-S鍵的裂分/鍵合來(lái)進(jìn)行充放電全過(guò)程。在電池放電時(shí)，Li失去電子形成Li+，Li+由鋰極經(jīng)由電解液遷往硫極處。單質(zhì)S得到電子后，S-S鍵開(kāi)始斷裂，與Li+鍵合得到Li2S；在充電過(guò)程中，Li2S被電解，形成Li+和S2-。Li+遷回負(fù)極后，被還原成Li。Li沉積在負(fù)極表面。S2-被氧化成S，沉積在正極的導(dǎo)電材料中。其反應(yīng)方程式：S+LLi2SΔG=-425KJmol-1(1.1)圖1.2Li-S電池的充電/放電原理圖[9]Figure1.2SchematicdiagramofaLi-Scellwithitscharge/dischargeOperations[9]盡管書(shū)面反應(yīng)式看起來(lái)十分簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際的充電/放電過(guò)程中卻是復(fù)雜過(guò)程。第一章緒論

4硫分子的還原是進(jìn)行著多步電化學(xué)反應(yīng)。硫會(huì)逐步被還原成多種多硫化鋰，如Li2S8、Li2S6、Li2S4等。在鋰硫電池放電階段中，硫以兩個(gè)相變的多電子傳遞步驟為主。因此，鋰硫電池是雙平臺(tái)放電機(jī)制:（1）一個(gè)是高電壓放電平臺(tái)，位置在2.4V左右。S8得到電子后斷裂，與Li+鍵合成各種不同的多硫化鋰（Li2Sx，4≤X≤8）。第一個(gè)的平臺(tái)的反應(yīng)方程式可以簡(jiǎn)化被成為（1.2），對(duì)應(yīng)的Nernest方程為（1.3）：S8(l)0+4e2S42(1.2)EH=EHθ+RTnHFln[S8(l)0][S42]2(1.3)（2）另一個(gè)是低電壓放電平臺(tái)，位置在2.1V左右。高價(jià)態(tài)的多硫化鋰（Li2Sx，4≤X≤8）進(jìn)一步被還原成低價(jià)態(tài)的多硫化鋰（Li2Sx,1≤X≤4）。低電壓的放電平臺(tái)比高電壓放電平臺(tái)提供更多的能量。這個(gè)平臺(tái)的反應(yīng)方程式可以被簡(jiǎn)化成為（1.4），對(duì)應(yīng)的Nernest方程為（1.5）：S42-+4e2S2(1.4)EH=EHθ+RTnHFln[S42-][S2]2(1.5)圖1.3硫的變化過(guò)程[21]Figure1.3Changeprocessofsulfur[21]第一章緒論


本文編號(hào)：3609721