硫正極的理論比容量為1675m Ah/g,與金屬鋰負極組成的鋰硫電池,理論能量密度高達2600Wh/kg左右,遠高于傳統(tǒng)的鋰離子電池,滿足高比能動力電池的發(fā)展需求,而且,硫還具有儲量豐富、環(huán)境友好等特點,因此,鋰硫電池成為目前鋰電池領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點和重點,也被視為最具有發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮嚩坞姵刂弧５?鋰硫電池在充放電過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物會溶于有機電解液,在正負極之間穿梭反應(yīng),造成嚴重的過充和容量衰減;此外,充放電產(chǎn)物都是電子和離子的絕緣體,影響活性物質(zhì)的利用率。針對鋰硫電池存在的關(guān)鍵問題,本課題以鋰硫電池中的電解質(zhì)為研究對象,從控制中間產(chǎn)物在電解液中的溶解、抑制中間產(chǎn)物的遷移以及阻隔中間產(chǎn)物與金屬鋰的接觸反應(yīng)等角度出發(fā),展開了電解質(zhì)的組分優(yōu)化、電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計等相關(guān)的研究工作,具體內(nèi)容如下:1.電解液溶劑的優(yōu)化。在溶劑中引入高度氟化的醚類液體FDE,通過比例調(diào)控得到最佳組分的電解液,電池能夠顯著改善其放電容量、循環(huán)穩(wěn)定性、庫倫效率和自放電效率。FDE高度氟化的分子結(jié)構(gòu),能夠削弱自身的溶劑化能力,降低對多硫化鋰的離解能力,從而抑制其在電解液中的溶解及進一步的穿梭效應(yīng)。不僅降低了活性... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院上海硅酸鹽研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：163 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

汽油和不同類型電池的理論能量密度與實際能量密度對比

[1]。因此，人們對電化學儲能體系提出了更高能量密度、長循環(huán)和低成本等要求。鋰離子電池是目前商業(yè)應(yīng)用最廣泛的二次電池密度、高電壓等優(yōu)勢，根據(jù)賽迪智庫電子信息產(chǎn)業(yè)研究所編寫的產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》，2016 年全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)計達到 37場規(guī)模首次將達到 90GWh 以上，動力型電池的容量占 44.8%。一離子電池的總需求量在不斷增加，另一方面，電池市場結(jié)構(gòu)發(fā)生求高能量密度的電動汽車市場開始快速發(fā)展，圖 1.2。當前商用的系中，正負極材料的充放電過程都是基于鋰離子的插脫嵌行為，和能量密度＜300mAh/g 和＜400Wh/kg[2]，并且從正極材料優(yōu)化和面的改進已經(jīng)很難再有突破，不可能實現(xiàn)單次充電純電動汽車續(xù) 甚至更遠里程的目標[3, 4]。因此，發(fā)展新型的高容量和能量密度的必行，而選擇基于多電子轉(zhuǎn)化機理的電極材料是最有效的途徑之

圖 1.3 鋰硫電池結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1.3 Scheme structure of lithium-sulfur battery的關(guān)鍵材料主要由正極、電解質(zhì)及負極組成，結(jié)構(gòu)的電極應(yīng)該有較好的導電性以滿足電化學反應(yīng)中電出。因為硫單質(zhì)及其放電終產(chǎn)物硫化鋰較差的導電10-30S/cm、3.6×10-7S/cm（25 C），正極通常由活結(jié)劑以及導電劑等組成；負極一般采用高比容量（解質(zhì)作為鋰離子傳導的載體，位于正負極之間，在醚類溶劑及鋰鹽組成，同時添加電子絕緣的多孔隔態(tài)電池體系中，電解質(zhì)主要為單離子通道的鋰離子者其混合導體等。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]A review of solid electrolytes for safe lithium-sulfur batteries[J]. Ying-Zhi Sun,Jia-Qi Huang,Chen-Zi Zhao,Qiang Zhang.  Science China（Chemistry）. 2017(12)
[2]鋰硫電池硫基復合正極材料發(fā)展綜述[J]. 唐澤勛,葉紅齊,韓凱,王治安.  電子元件與材料. 2017(10)
[3]CeO2納米晶的添加對鋰硫電池電化學性能的影響[J]. 馬國強,溫兆銀,王清松,靳俊,吳相偉,張敬超.  無機材料學報. 2015(09)
[4]Li-S電池硫正極性能衰減機理分析及研究現(xiàn)狀概述[J]. 刁巖,謝凱,洪曉斌,熊仕昭.  化學學報. 2013(04)
[5]鋰離子電池有機電解液電導率的影響因素[J]. 莊全超,劉文元,武山.  電池工業(yè). 2005(05)



本文編號：3111579