25锂硫电池

锂硫电池（材料科学基础）上海理工大学锂硫电池（材料科学基础）锂硫电池发展背景基本原理研究现状前景展望仪器预约锂硫电池（材料科学基础）锂硫电池（材料科学基础）锂离子电池发展现状负极材料：新型的硅基和锡基等材料分别可达到大于2000和990mAh/g。正极材料:无论是层状结构的三元材料、聚阴离子型的LiFePO4还是尖晶石结构的LiMn2O4，理论比容量都小于200mAh/g。因此，寻找和开发新型高比容量和高比能量的安全、廉价正极材料是目前研究的热点单质硫的理论比容量为1675mAh/g，来源丰富、价格便宜且对环境友好，与金属锂组成的锂硫电池理论比容量达2600Wh/kg,相当于锂离子电池的5倍。锂硫电池（材料科学基础）基本原理锂硫电池：采用硫或含硫化合物作为正极，锂或储锂材料作为负极，以硫-硫键的断裂/生成来实现电能与化学能相互转换的一类电池体系。正极硫/硫化物负极锂/储锂材料Li+放电：S-S键断裂𝑺𝟐−+𝑳𝒊+→𝑳𝒊𝟐𝑺充电：Li2S电解锂硫电池（材料科学基础）研究现状SionPower公司的软包装锂硫电池，比能量达到350-380Wh/kgm活性物质硫的利用率达到75％。自2009年起，日本新能源产业技术综合开发机构每年投入300亿日元（约合24亿元人民币）的研发预算，目标是在2020年使锂硫电池的能量密度达到500Wh/kg。美国能源部2011年投入500万美元资助锂硫电池的研究，计划2013年能量密度达到500Wh/kg。国际上锂硫电池的代表性厂商有美国的SionPower、Polyplus、Moltech，英国Oxis及韩国三星等。锂硫电池（材料科学基础）研究现状锂硫电池的研究已经历经了几十年，并且取得了许多成果，但离实际应用还有不小距离。仍有以下问题有待解决：（1）无论是“荷电态”的单质硫还是“放电态”的硫化锂，都是绝缘体，对传递电荷造成很大的困扰；（2）硫化锂可逆性差，很容易失去电化学活性；（3）反应过程中，正负极材料的体积变化巨大负极锂被消耗而使体积缩减，同时正极将膨胀，巨大的体积变化会破坏电极结构；（4）中间产物多硫化物易溶解在电解质中，并向负极迁移，造成活性物质损失和较大的能量损耗；（5）锂硫电池在充放电过程中生成多种中间产物，且多种化学反应伴随电化学反应同时发生，过程极其复杂，反应机理不明确。锂硫电池（材料科学基础）研究现状优势比容量高，理论比容量为1685mAh/g硫成本低、无毒比能量高，与锂搭配的电池理论比能量为2600Wh/kg硫安全性好不足单质硫是绝缘体，正负极材料体积变化大循环性不好电位较低2.2V（vs.Li+/Li）中间产物多硫化锂溶于电解质，向负极迁移，造成活性物质损失锂负极安全性不够好锂硫电池（材料科学基础）研究现状1.添加一种或多种电子导体与硫复合，达到提高导电性的目的。2.通过设计导电相的结构使其具有吸附多硫化物的能力，或者改进电池电解液体系。3.锂负极的保护。锂硫电池（材料科学基础）硫正极的改性硫正极的改性主要包括硫与导电材料的复合、纳米金属氧化物对硫单质的包覆等，以达到提高硫正极导电率、抑制多硫化物溶解的目的。硫/碳复合材料10-60次循环后比容量500-1000mAh/g硫/碳纳米管复合物60次循环后比容量500-700mAh/g硫/聚合物复合材料较50次循环后290mAh/g有所改善硫/金属氧化物复合材料30-80次循环后350-700mAh/g锂硫电池（材料科学基础）正极黏结剂的研究高性能的硫正极应具备以下条件：a)活性物质硫与导电相间紧密接触b)电极与电解质间的界面稳定硫与导电相间的接触除了与导电相本身的结构相关外，黏结剂的性能也起着很大的作用。锂硫电池（材料科学基础）正极粘结剂1）水溶性的动物胶。2）环糊精作为黏结剂，硫-聚丙烯腈复合材料作为正极。3）除用基础黏结剂外还采用含有聚环氧乙烷、聚环氧丙烷等氧化聚合物作为第二黏结剂。锂硫电池（材料科学基础）电解质体系锂硫电池要求电解液具有高电导率、宽电化学窗口和对锂化学稳定等。锂硫电池电解质体系分为液态有机电解液和全固态陶瓷电解质。锂硫电池（材料科学基础）液态有机电解液研究发现线形或环形醚类物质如四氢呋喃（THF）、二甲醚(DME)、四乙二醇二甲醚(TEGDME)、二氧五环(DOL)等具有较高的多硫化物溶解能力，其中DOL既可以降低电解液的黏度，也可以在锂负极表面形成保护层。单一的线形醚类作溶剂时会过多地溶解多硫化物而导致电解液黏度过大，一般为两种或三种溶剂配合使用。锂硫电池（材料科学基础）全固态电解质聚合物电解质的使用温度一般为70-100℃,而全固态无机电解质的使用温度范围可以更广,且不会溶解多硫化物,可用于锂硫电池的全固态无机电解质的研究主要集中于硫化物玻璃。高能球磨法柠檬酸络合法锂硫电池（材料科学基础）负极研究进展实际应用中锂负极存在以下问题：锂负极的充放电效率低、循环性能差由于锂表面的不均匀性，在表面可能会生成锂枝晶，造成安全性问题。因此对锂金属电极进行表面修饰非常必要。锂硫电池（材料科学基础）负极研究进展在含有乙二醇二甲基丙烯酸酯的有机溶液中，以甲基苯甲酰甲酯为光引发剂，在紫外光辐照下发生聚合，在金属锂表面生成一层厚约10μm的保护层。为了避免锂枝晶生长或者锂的界面阻抗对电池循环性能的影响，在Li/S电池中选择传统的锂离子嵌入脱出型的负极.锂硫电池（材料科学基础）锂硫电池（材料科学基础）前景展望在保证硫极导电性的同时，提高正极中硫的含量。设计稳定的导电结构，防止在充放电过程中硫正极的结构失效。对于液态电解液体系，开发出对硫极和锂金属兼容性都好的新型电解液。对于全固态电池体系发展高密度和室温高电导率的固态电解质。锂硫电池（材料科学基础）参考文献梁宵,温兆银,刘宇.高性能锂硫电池材料研究进展[J].化学进展,2011,23(0203):520-526.1）2）3）4）5）锂硫电池（材料科学基础）仪器预约上海理工大学材料学院仪器共享预约系统锂硫电池（材料科学基础）ThankYou！