硫-纳米碳复合柔性正极材料的制备及其在锂硫电池中的应用

便携式电子设备的逐渐普及促使储能器件朝着柔性化、高储能方向发展。锂硫电池因拥有高比容量、能量密度高、低成本、环境友好等优势,被认为是极具潜力的下一代商用化二次电池,然而,其实用化仍受中间产物多硫化物的"穿梭效应"、正极活性物质硫的体积膨胀和低导电性等因素的限制,具有高导电性的碳纳米材料常被用于与硫复合来解决以上问题。本文针对采用碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯作为基体,重点介绍了硫与以上碳纳米材料的复合和相应的硫-纳米碳复合柔性正极材料的设计制备,探讨了提高正极硫含量和利用率的策略,分析了正极材料结构性质与电池电化学性能之间联系,最后对硫-纳米碳复合柔性正极材料的发展前景和面临的挑战进行了展望。     

Fe3O4修饰的碳纳米管作为高性能锂-硫电池正极材料

设计了以Fe3O4修饰的碳纳米管(Fe3O4@CNT)作为硫的载体以提高锂-硫(Li-S)电池的电化学性能.碳纳米管由于具有优越的导电性,可以改善S及其放电产物的电导率,为电子和离子的传输提供高速通道.极性Fe3O4对多硫化物具有强的吸附作用,能够有效抑制Li-S电池中多硫化物的穿梭效应,Fe3O4@CNT/S正极展现...     

中空TiO2/S复合物的制备及作为高性能锂硫电池正极材料

以C球为模板,通过水热反应制备中空结构TiO_2;并通过液相渗入法与单质S复合,制备出锂硫电池正极材料TiO_2/S复合物。利用透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、热重分析(TG)测试手段对复合物进行形貌、结构及不同组分含量确定的表征;利用循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、恒电流充放电测试方法对其进行电化学性能表征。结果证明,单质S与中空TiO_2成功复合;中空结构的TiO_2不仅提高了S正极的导电性,还能有效控制单质S的利用,以及缓解多硫化合物的"穿梭效应",进而大大提高电池的库伦效率和循环性能。     

基于Co-N-C改性隔膜的高性能锂硫电池

设计制备了一种钴嵌入式叶片状氮掺杂碳(Co-N-C)材料改性隔膜用于锂硫电池,借助高分散单质钴提供的活性位点实现对正极侧中间产物多硫化物的化学锚定,抑制其溶解导致的穿梭效应;利用氮掺杂碳材料的微纳结构加快离子传输速率,提高电化学反应动力学,使改性隔膜实现吸附-催化协同作用。实验结果表明,采用此改性隔膜组装的锂硫电池,首圈比容量高达1408 mAh/g,且在1 C倍率下稳定循环400圈,衰减率仅为每圈0.05%,电池性能明显提升。     

Fe2 P对LiFePO4/C复合材料性能的影响

采用固相法合成LiFePO4和LiFePO4/C复合材料,研究了蔗糖分解的碳包覆对LiFePO4材料性能的影响.XRD检测纯LiFePO4为单一的橄榄石相,而LiFePO4/C复合材料中出现高导电物质Fe2P相;SEM显示样品的粒径均在1μm以下,包覆碳样品的晶粒更小,但出现团聚现象.此方法合成的纯LiFePO4初始容量高达136.6 mAh/g.Fe2P的存在使LiFePO4材料的大电流放电能力得到提高.     

正极材料LiFePO4的电化学性能的改进

采用固相反应法合成了LiFePO4正极材料，在20mA／g的电流密度下进行恒电流充放电，比容量可以达到135mAh/g，为了改进LiFePO4的性能，提高其高倍率性能，尝试了两种途径并合成出Li(Fe0．8Mn0．2)PO4和LiFePO4/C。低倍率充放电实验得出的两个样品的比容量分别可达到145mAh／g和144mAh／g，而且表现出了良好的循环性能和平坦的电压平台，以上两种方法制备出的材料均具有较好的高倍率性能。     

锂硫电池正极用硫碳复合材料的制备和电化学研究

采用优化合成的高比表面积和多微孔结构的活性炭,通过加热的方法使单质硫升华并沉积到活性炭微孔中,得到锂硫电池正极用硫碳复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜和比表面积表征复合材料的结构、表面形貌和比表面特性.循环伏安测试表明,复合材料在2.05V和2.35V时存在两个还原峰,在2.4V时存在一个氧化峰.充放电循环实验表明,单质硫在100mA·g-1的电流密度下首次放电比容量高达1352.5mA·h·g-1,硫的利用率达到了80.9%,循环40周后比容量还保持在800.7mA·h·g-1,表现出良好的循环稳定性.     

LiBr/MoO3/PE隔膜对锂硫电池循环稳定性的影响

通过在聚乙烯(PE)隔膜上引入三氧化钼(MoO₃)和溴化锂(LiBr)涂层制备LiBr/MoO₃/PE多功能复合隔膜,采用X射线衍射和扫描电子显微镜对膜的结构和形貌进行表征,并通过循环伏安、电化学阻抗和充放电性能测试等方法研究涂覆修饰层后的LiBr/MoO₃/PE隔膜对Li金属负极稳定性和锂硫(Li-S)电池性能的影响.结果表明：LiBr提高了多硫化锂(LiPSs)的溶解度,MoO₃层对LiPSs具有化学吸附作用,可提高活性物质S的利用率,并抑制Li-S电池的穿梭效应;以LiBr/MoO₃/PE为隔膜的Li-Li对称电池在0.6 mA/cm²的电流密度和1 (mA·h)/cm²的容量下稳定循环时间为1 600 h, Li-S电池在0.2 C下的初始放电比容量可达1 229.2 (mA·h)/g, 500次充放电循环后的比容量为628 (mA·h)/g.     

非均相Fenton反应催化剂Fe2O3/γ-Al2O3的制备及其性能

采用等体积浸渍法制备非均相Fenton反应催化剂Fe2O3/γ-Al2O3,以对羟基苯丙酸为降解目标物,考察了γ-Al2O3粒径的大小、浸渍时间、焙烧温度、焙烧时间、负载量等因素对催化剂催化活性的影响.通过热重、XRD、电镜扫描对催化剂形貌和特征的分析以及催化反应的结果分析可知,在γ-Al2O3上负载了催化剂Fe2O3,但Fe2O3并不均匀,在γ-Al2O3为100~120目,负载量为11.7%,浸渍10,h,焙烧温度为550,℃,焙烧4,h,与60,mg/L的对羟基苯丙酸反应60,min的条件下,催化剂的活性最好,对羟基苯丙酸的去除率可达到70.26%.重复实验说明催化剂的稳定性较好.     

喷雾干燥法制备LiFePO4/C正极材料

采用机械液相活化结合喷雾干燥法制备LiFePO4/C正极材料,并用该材料制备容量为10A.h的动力电池.通过X-射线衍射、扫描电镜、振实密度和电导率测试对材料的物理性能进行综合分析,采用循环伏安、循环寿命和不同倍率下充放电性能测试对电池进行电化学研究,由过充、冲击、针刺等实验检测电池的安全性.结果表明:该材料晶型完整、颗粒均匀、振实密度高、导电性好;制备的单体动力电池在1.0倍率下循环150次后容量保持率仍然超过98%,大倍率充放电性能好,且安全性较高.     

锂-累托石基锂硫电池复合正极材料的研究

在二次电池中,锂硫电池作为以硫为正极活性物质的电池形态,它具有原料环保且相对于其他传统材料更高比容量的特点。针对锂硫电池硫导电性差、膨胀率较大且充放电过程形成的多硫化锂易溶于电解液形成"穿梭效应"的不足,设计了一种以锂盐改性累托石为硫的宿主,碳硫复合的正极材料来改善锂硫电池的电化学性能。经测试,锂盐改性可以较大程度地疏通累托石的层间和孔道结构,增大比表面积和孔容,从而扩大硫在孔道中的负载空间,同时锂离子大量富集于材料中能有效提高充放电中离子和电子的传输。该改性正极复合材料在0. 1 C倍率下首圈循环充放电比容量为877 mAh/g,60圈后比容量衰减为653 mAh/g,容量保有率为74. 5%,说明材料中的成分能有效吸附多硫化物、抑制穿梭效应,使材料具有较好的循环稳定性。在电流密度0. 1、0. 2、0. 5、1 C下平均比容量分别为850、750、600和500 mAh/g左右,表现出良好的倍率性能。其电荷转移阻抗为63Ω,有利于电子电荷的传导。     

基于新型固态电解质的锂硫电池研究进展

相对于传统的锂离子二次电池,锂硫电池拥有高比容量、高能量密度、环境友好等优点,因而在未来的动力电池和储能电池等应用上被寄予厚望.近十年来,人们在维持电极结构稳定性,提高硫的利用率,延长电池循环寿命等方面开展了大量的研究工作.但目前锂硫电池仍处于实验室研制阶段,存在不少的瓶颈问题,其中包括单质硫和产物Li2S的绝缘性、多硫离子的穿梭效应、金属锂电极稳定性较差等等,这些问题都严重影响了锂硫电池的电化学表现.本文针对以上问题,首先从正极、负极、液态电解质三方面简单介绍常用的解决途径;然后重点综述基于新型固态电解质的锂硫电池设计以及相关的研究进展;最后分析了未来锂硫电池用电解质的研究和发展方向.     

锂–硫电池硫正极的金属磷化物和硫化物催化载体

Lithium?sulfur batteries are one of the most competitive high-energy batteries due to their high theoretical energy density of 2600 W·h·kg?1. However, their commercialization is limited by poor cycle stability mainly due to the low intrinsic electrical conductivity of sulfur and its discharged products (Li₂S₂/Li₂S), the sluggish reaction kinetics of sulfur cathode, and the “shuttle effect” of soluble intermediate lithium polysulfides in ether-based electrolyte. To address these challenges, catalytic hosts have recently been introduced in sulfur cathodes to enhance the conversion of soluble polysulfides to the final solid products and thus prevent the dissolution and loss of active-sulfur material. In this review, we summarize the recent progress on the use of metal phosphides and borides of different dimensions as the catalytic host of sulfur cathodes and demonstrate the catalytic conversion mechanism of sulfur cathodes with the help of metal phosphides and borides for high-energy and long-life lithium–sulfur batteries. Finally, future outlooks are proposed on developing advanced catalytic host materials to improve battery performance.     

锂硫电池硫载体材料研究进展

单质硫具有高理论比容量、丰富的储量、低成本和环境友好的特点,由硫正极和金属锂负极组成的锂硫电池能量密度可以达到1 000 Wh/kg以上.然而,硫的绝缘性、穿梭效应和充放电过程中的体积剧变等限制了锂硫电池的应用.要同时解决这3个问题,合理的硫载体材料设计是关键.结合近年来的相关文献报道,综述锂硫电池硫载体材料及其相应的电化学性能,展望硫载体材料的发展趋势.     

MnO2/CNTs复合物的合成及其AZIBs正极材料性能

以乙酸锰和过硫酸铵为原料,通过水热合成法制备MnO₂,再通过超声法制备MnO₂/CNTs复合物.运用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜对产物进行表征,并运用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电测试MnO₂/CNTs复合物作为AZIBs正极材料的电化学性能.结果表明：在反应温度140℃,反应时间22 h的条件下,制得的MnO₂产物为β-MnO₂纳米线;将其与CNTs复合后,β-MnO₂的化学结构没有发生改变;在0.1C倍率下循环20次,β-MnO₂/CNTs电极在1 mol/L ZnSO₄+0.5 mol/L MnSO₄水溶液中的首次放电比容量为140 mAh/g,较β-MnO₂/CNTs电极在1 mol/L ZnSO₄水溶液中的首次放电比容量(45 mAh/g)提高了2倍,较β-MnO₂电极在1 mol/L ZnSO<...     

基于微米氧化铁的LiFePO4/C正极材料制备及性能研究

文章以微米级氧化铁为原料,通过前驱体预处理合成LiFePO4/C正极材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等手段对合成的磷酸铁锂材料结构和微观形貌进行表征,考察了不同球磨时间对浆料粒径的影响,分析了前驱体预处理对合成产物性能提升的原因。结果表明,以微米氧化铁为原料,经过预处理后制备得到的LiFePO4/C正极材料的电化学性能具有明显改善,0.2C和1C条件下,放电容量较之前驱体未处理样品分别提高了22.5%和27.3%,合成样品性能改善的主要原因在于前驱体预处理降低了二次团聚体粒径。     

高性能长循环锌离子电池双金属氧化物ZnMnO3正极材料

通过溶胶-凝胶法制备了一种锰基双金属氧化物ZnMnO₃纳米颗粒材料,首次将其应用于水系锌离子电池正极材料。在300 mA/g的电流密度下表现出高的放电比容量(175 mA·h/g)。在1 000 mA/g的电流密度下放电比容量仍然高达134 mA·h/g。与单金属氧化物相比,ZnMnO₃表现出更优异的循环稳定性和更好的倍率性能。通过非原位的电极表面扫描电子显微镜(SEM)形貌表征,ZnMnO₃在循环过程中能够保持结构的稳定性,从而具有稳定的长循环性能。通过非原位X射线衍射(XRD)分析表明,ZnMnO₃的储锌行为符合嵌入脱出机理。     

高温固相法制备LiFePO4/C正极材料及其性能

为了提高磷酸铁锂的能量密度,本文通过两步高温固相反应法合成了锂离子电池正极LiFePO_4/C复合材料,利用XRD、SEM、TEM等方法对该正极材料的晶体结构、表面形貌进行了分析研究。实验结果表明,LiFePO_4/C具有单一的橄榄石结构,通过掺杂前驱体10%(质量分数)的葡萄糖合成的材料具有良好的充放电性能和循环稳定性能球状,LiFePO4为锂离子的迁移和扩散提供了通道,有利于电化学性能的提升。在0.1 C倍率下进行充放电测试,首次放电比容量可达161 m Ahg-1,在2 C下循环了100次后复合材料的容量为148 m Ahg~(-1),库仑效率高达98%,结果表明碳包覆的LiFePO_4样品的电化学性能得到了很大提高。     

多壁碳纳米管涂层修饰苘麻基生物碳/硫复合正极材料的制备及对锂硫电池性能的影响

锂硫(Li-S)电池因高理论能量密度在众多新型电池中受到广泛关注,但存在硫正极导电性差、多硫化物的穿梭等问题,制约其商业应用。针对上述问题,本次试验制备苘麻基生物碳(AC),通过熔融扩散法与升华硫(S)复合形成碳/硫复合材料(AC@S),并使用碳涂层法在正极材料表面涂覆多壁碳纳米管(MWCNTS)作为Li-S电池正极片与隔膜之间的夹层,进一步抑制多硫化物的溶解和扩散,阻止穿梭效应,减小活性物质的损失,提高Li-S电池的容量和循环性能。AC@S+MWCNTs电池首次放电容量为1 242.8 mAh·g^-1,循环150次后仍保持982.4 mAh·g^-1,相同条件下比AC@S高出275.0 mAh·g^-1。将MWCNTS涂层与正极材料结合设计工艺简单,成本低,且可提高材料导电性、抑制多硫化物的穿梭效应,表现出良好的循环性能和库伦效率,是一种解决Li-S电池穿梭效应的有效途径。     

锂离子电池正极材料LiV3-xCoxO8合成及性质

水热法制备Co掺杂改性的锂离子电池层状正极材料LiV3-xCoxO8。经X射线衍射和扫描电镜分析表征材料的晶体结构和形貌,恒流充放电循环测试其电化学性能,结果表明:随着Co掺入量增加,材料初始放电容量有所降低,但循环性能得到明显改善,当掺杂量控制在0.01≤x≤0.08范围内时,LiV3-xCoxO8材料的循环性能和充放电可逆性均比未掺杂LiV3O8材料有明显改善。其中,LiV2.99Co0.01O8和LiV2.97Co0.03O8在40次循环之后,都能保持146 mAh.g-1的放电比容量。