可充鋰硫電池電解液體系研究
發(fā)布時間：2021-06-11 09:14
科學(xué)與新興技術(shù)（新能源汽車、智能電網(wǎng)等）的不斷發(fā)展推動了對高能量密度儲能體系的需求。鋰離子電池因受限于其理論容量已經(jīng)不能滿足當(dāng)前高能量密度電池體系的要求。而鋰硫電池體系的理論比容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鋰離子電池,有望成為新一代鋰二次電池體系;然而鋰枝晶生長和多硫離子穿梭等一系列問題仍然阻礙著該電池的實(shí)際應(yīng)用。本論文通過設(shè)計開發(fā)新型電解液來改善鋰負(fù)極表面SEI膜的性能并抑制鋰枝晶的生長,同時,結(jié)合無穿梭效應(yīng)的S@pPAN復(fù)合正極材料來解決庫倫效率低的難題,以此來提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。具體研究成果如下:1.開發(fā)設(shè)計了基于氣相氧化鋁納米顆粒的凝膠電解液（LiPF6/EC-DMC+8 wt.%Al2O3）。這種凝膠電解液不僅保持了高離子電導(dǎo)率,同時還促使電極表面形成了含有LiAlF4成分的致密穩(wěn)定的SEI膜,有效降低了電極的界面阻抗。該凝膠電解液與鋰負(fù)極具有良好的相容性,Li|Li對稱電池在0.25 mA cm-2的小電流密度下能穩(wěn)定循環(huán)1400 h,并且金屬鋰在凝膠電解液中可以實(shí)現(xiàn)無鋰枝晶的...
【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同鋰二次電池體系的能量密度表[16]
上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-1.2鋰硫電池研究概述1.2.1鋰硫電池工作原理圖1-2展示了目前四種主要的鋰二次電池的工作原理：(a)鋰離子電池，（b）鋰金屬電池，（c）鋰硫電池，（d）鋰空氣電池。雖然這四種電池體系在結(jié)構(gòu)上有所不同，但其基本原理還是相似的：電池在充電狀態(tài)下，鋰離子從正極或空氣電極進(jìn)入到電解質(zhì)中，負(fù)極表面的鋰離子接收電子在鋰金屬表面進(jìn)行沉積或者在嵌鋰負(fù)極進(jìn)行電化學(xué)嵌鋰；放電時則相反。在鋰二次電池反復(fù)充放電的過程中，鋰離子在正負(fù)極間不斷穿梭，電能與化學(xué)能實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換[17]。圖1-2四種鋰二次電池示意圖：（a）鋰離子電池；（b）鋰金屬電池；（c）鋰硫電池；（d）鋰空氣電池[18]Fig.1-2Schematicillustrationsof(a)Li-ioncells,(b)Limetalcells,(c)Li-Scells,and(d)Li-O2/aircells[18]鋰硫電池的結(jié)構(gòu)與其他鋰二次電池類似，都是由正極活性材料、負(fù)極和有機(jī)電解液組成。只不過在鋰硫電池體系中，正極活性物質(zhì)為硫材料。硫單質(zhì)在正常狀態(tài)下是主要是以冠狀分子S8形式存在，在電化學(xué)反應(yīng)過程中其化學(xué)能與電能相
上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-4-互轉(zhuǎn)化功能主要是通過S-S鍵的斷裂/形成來實(shí)現(xiàn)的，具體反應(yīng)機(jī)理如圖1-3所示[19,20]。圖1-3鋰硫電池反應(yīng)機(jī)理[21]Fig.1-3ReactionmechanismofLi-Sbatteries[21]從圖1-3我們可以看出，鋰硫電池在充放電的過程中，硫的具體存在形式隨著充放電程度而變化。在放電狀態(tài)下，固相硫單質(zhì)S8通過雙電子還原形成各種多硫化物中間體（Li2Sn（n=1-8））。隨著放電電壓的不斷降低，最后多硫化物中間體進(jìn)一步得到電子和鋰離子發(fā)生還原反應(yīng)形成硫化鋰（Li2S）[22]。圖1-4鋰硫電池主要反應(yīng)機(jī)理以及可能存在的問題[18]Fig.1-4Schematicrepresentationofelectrochemicalreactions,reactionprocesses,anddegradationmechanismsinLi-Sbatteries[18]
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰硫電池硫基復(fù)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)
[2]鋰離子電池概述及負(fù)極材料研究進(jìn)展[J]. 趙靈智. 廣東化工. 2009(05)
博士論文
[1]用于鋰硫電池的石墨烯材料[D]. 杜真真.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[2]鋰硫電池硫基正極材料與電解液研究[D]. 袁艷.中南大學(xué) 2014
碩士論文
[1]鋰硫電池正極材料的制備與性能研究[D]. 左晨.南京大學(xué) 2018
[2]高穩(wěn)定性、高容量鋰硫電池的研究[D]. 蔡文龍.浙江大學(xué) 2016
[3]鋰硫電池硫/碳復(fù)合正極材料的研究[D]. 李振華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
本文編號：3224253
【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同鋰二次電池體系的能量密度表[16]
上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-1.2鋰硫電池研究概述1.2.1鋰硫電池工作原理圖1-2展示了目前四種主要的鋰二次電池的工作原理：(a)鋰離子電池，（b）鋰金屬電池，（c）鋰硫電池，（d）鋰空氣電池。雖然這四種電池體系在結(jié)構(gòu)上有所不同，但其基本原理還是相似的：電池在充電狀態(tài)下，鋰離子從正極或空氣電極進(jìn)入到電解質(zhì)中，負(fù)極表面的鋰離子接收電子在鋰金屬表面進(jìn)行沉積或者在嵌鋰負(fù)極進(jìn)行電化學(xué)嵌鋰；放電時則相反。在鋰二次電池反復(fù)充放電的過程中，鋰離子在正負(fù)極間不斷穿梭，電能與化學(xué)能實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換[17]。圖1-2四種鋰二次電池示意圖：（a）鋰離子電池；（b）鋰金屬電池；（c）鋰硫電池；（d）鋰空氣電池[18]Fig.1-2Schematicillustrationsof(a)Li-ioncells,(b)Limetalcells,(c)Li-Scells,and(d)Li-O2/aircells[18]鋰硫電池的結(jié)構(gòu)與其他鋰二次電池類似，都是由正極活性材料、負(fù)極和有機(jī)電解液組成。只不過在鋰硫電池體系中，正極活性物質(zhì)為硫材料。硫單質(zhì)在正常狀態(tài)下是主要是以冠狀分子S8形式存在，在電化學(xué)反應(yīng)過程中其化學(xué)能與電能相
上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-4-互轉(zhuǎn)化功能主要是通過S-S鍵的斷裂/形成來實(shí)現(xiàn)的，具體反應(yīng)機(jī)理如圖1-3所示[19,20]。圖1-3鋰硫電池反應(yīng)機(jī)理[21]Fig.1-3ReactionmechanismofLi-Sbatteries[21]從圖1-3我們可以看出，鋰硫電池在充放電的過程中，硫的具體存在形式隨著充放電程度而變化。在放電狀態(tài)下，固相硫單質(zhì)S8通過雙電子還原形成各種多硫化物中間體（Li2Sn（n=1-8））。隨著放電電壓的不斷降低，最后多硫化物中間體進(jìn)一步得到電子和鋰離子發(fā)生還原反應(yīng)形成硫化鋰（Li2S）[22]。圖1-4鋰硫電池主要反應(yīng)機(jī)理以及可能存在的問題[18]Fig.1-4Schematicrepresentationofelectrochemicalreactions,reactionprocesses,anddegradationmechanismsinLi-Sbatteries[18]
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰硫電池硫基復(fù)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)
[2]鋰離子電池概述及負(fù)極材料研究進(jìn)展[J]. 趙靈智. 廣東化工. 2009(05)
博士論文
[1]用于鋰硫電池的石墨烯材料[D]. 杜真真.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[2]鋰硫電池硫基正極材料與電解液研究[D]. 袁艷.中南大學(xué) 2014
碩士論文
[1]鋰硫電池正極材料的制備與性能研究[D]. 左晨.南京大學(xué) 2018
[2]高穩(wěn)定性、高容量鋰硫電池的研究[D]. 蔡文龍.浙江大學(xué) 2016
[3]鋰硫電池硫/碳復(fù)合正極材料的研究[D]. 李振華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
本文編號：3224253
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