高阻燃硫正极的制备及其性能北大核心CSCD

本工作系统研究了锂硫电池硫正极中添加不同含量的六氯环三磷腈对硫正极阻燃性能和电化学性能的影响。通过燃烧实验,发现六氯环三磷腈的加入可使硫正极表现出优异的阻燃性能。此外,通过借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)技术和电化学性能测试等手段,对比了添加和未添加六氯环三磷腈硫正极循环前后的表面形貌、组成成分和电化学性能。结果表明,当六氯环三磷腈添加量为10%时,硫正极表现出最优的循环性能和库仑效率。在0.2 C电流密度下,硫正极中添加量为10%六氯环三磷腈的锂硫电池在100次循环后放电比容量仍保持在975.2 mAh/g,明显优于硫正极中未添加六氯环三磷腈的锂硫电池。而且,添加六氯环三磷腈的硫正极材料分散均匀,即使循环100次后,也未出现明显的裂纹,阻抗也未明显增加。此外,通过六氯环三磷腈和多硫化锂的反应实验,发现六氯环三磷腈的存在有助于锚定充放电中间产物多硫化锂,进而抑制多硫化锂的穿梭,提升锂硫电池的电化学性能,这为提高阻燃锂硫正极材料的电化学性能提供了新的思路。     

LiFePO4正极水性粘结剂的研究进展

磷酸铁锂（LiFePO4）具有安全性好、价格低廉以及环境友好等优点,是当前锂离子动力电池的主流正极材料。粘结剂是锂离子电池电极的重要非活性成分,其性能直接影响电池的电化学性能。本文综述了近年来不同水性粘结剂在LiFePO4正极材料中的研究进展,指出了现阶段存在的问题,并对水性粘结剂的应用前景进行了展望。     

Materials design and its implementation for flexible Li-S batteries

随着具有变形功能的移动电子设备的出现和发展,具有更高能量密度的柔性锂硫电池受到越来越多的重视。本文总结了柔性锂硫电池关键材料的发展现状,并对柔性锂硫电池的未来发展方向进行了展望。锂硫电池柔性化的主要难点在于其关键材料的变形设计,通过将硫正极附着于碳纳米管和石墨烯薄膜、聚合物等柔性基底上,利用基底提供变形支撑,能够制备出一体化的复合锂硫电池正极。相对于可变形正极材料,锂金属负极的柔性化具有更大的挑战。未来通过发展新型的锂金属担载材料或采用非金属锂负极,有望实现锂硫电池负极的可变形特征。虽然存在尚待解决的问题很多,柔性锂硫电池经过适当的电化学性能和力学性能改进,将在移动电子领域得到广泛应用。     

金属有机骨架及其衍生结构在锂硫电池中的应用

Li-S电池由于其高放电比容量(1 675 mAh/g)已被视为理想的储能系统之一.锂硫电池的巨大挑战是硫的利用率和锂金属枝晶等问题.金属有机骨架(MOFs)由于其具有可控的结构、高比表面积在锂硫电池中备受关注.主要论述了近几年国内外MOFs及其衍生结构材料在锂硫电池正极和隔膜中应用的研究进展,对合成方法、结构以及电化学性能等方面进行了相应的总结,并对目前存在的问题以及下一步的工作方向做出分析与展望.     

羧甲基壳聚糖水性粘结剂改性及其在磷酸铁锂正极的应用研究

羧甲基壳聚糖（C-CTS）作为磷酸铁锂（LiFePO4, LFP）正极水系粘结剂的两种改性方式分别是：（1）与聚环氧乙烷（PEG）共混制备C-CTS/PEG复合粘结剂;（2）在C-CTS/PEG混合体系中,以三羟甲基丙烷-三[3-(2-甲基吖丙啶基)丙酸酯]（XR-104）作为交联剂制备可交联的C-CTS/PEG/XR-104水系粘结剂。本文考察了不同C-CTS/PEG质量比复合粘结剂对LFP正极的电化学性能的影响,C-CTS/PEG的优化重量比为3∶1,此时LFP正极表现出最佳的循环稳定性。电池在0.5 C下充放电测试,140次循环后容量保持率为99%。采用差示扫描量热法（DSC）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）和溶解实验等研究C-CTS/PEG与XR-104的交联反应,当交联剂XR-104的重量为C-CTS的1%时,LFP正极表现出最佳的电化学性能。     

锂硫电池正极材料研究进展

锂硫电池作为一种非常有前途的高能化学电源,随着电动汽车和便携式电子设备的发展,因其高理论比容量(1675 m A·h/g)和高理论能量密度(2600 W·h/kg)引起了人们的广泛关注。然而,锂硫电池发展过程中的一些挑战不可避免,包括硫较低的离子和电子导电性,较差的循环性以及生成的多硫化物易溶于有机溶剂等缺点,制约了锂硫电池的发展。本文结合近年来锂硫电池正极材料的研究进展,简要阐述了锂硫电池正极材料的研究现状、问题及面临的挑战。锂硫电池由于其发展中面临技术瓶颈难以突破,导致现在还无法大规模的应用,因而对其性能的改进也就成了当今的研究热点。硫电极材料电导率低、循环性能差,可以通过碳包覆或者掺杂改善材料性能。然而由于成本和技术问题,大部分锂硫电池正极材料目前还主要处于研究试验阶段。因此,在提高材料性能的前提下,通过碳包覆或者掺杂改善工艺,探索一条适合工业化生产的道路是下一阶段研究的重点。     

Carbon-based materials for advanced lithium-sulfur batteries

随着能源和环境问题的日益突出以及电子电动设备的迅猛发展,传统锂离子电池已经越来越难以满足人们对于高能量密度电池的需求.锂硫电池因其能量密度高,成本低以及无污染等优点,被认为是极有潜力的下一代高能量密度储能体系.然而由于锂硫电池中正极材料电子,离子电导率低,充放电过程中电极体积变化大,聚硫化物等中间产物的溶解和伴随的"穿梭效应"以及锂负极的使用所带来的锂枝晶等一系列问题,导致锂硫电池的循环寿命差,阻碍其产业化的应用发展.锂硫电池体系中碳质材料的引入可以提高材料导电性,缓冲体积变化,抑制聚硫化物穿梭,是提高其电化学性能的有效手段.本文综述了近年来最新的锂硫电池中碳质材料的应用研究进展,包括硫/碳复合物,柔性自支撑电池和碳质锂硫电池负极,分析了其对锂硫电池性能提升的作用机理,并展望了锂硫电池将来可能的发展方向.     

高比能锂硫电池正极材料研究进展

锂硫电池能量密度高,原料低廉,具有成本优势,是一种最具潜力的二次电池。锂硫电池的商业化应用面临着一些技术障碍,主要表现为聚硫化物的穿梭效应、硫电导率低以及充放电过程中出现体积膨胀,导致循环寿命不佳等问题。本文综述了近年来锂硫电池硫正极复合材料的研究现状,主要总结了硫−碳、硫−金属化合物以及硫−导电聚合物复合材料三种体系的研究进展,介绍了本课题组在锂硫电池正极材料方面的部分研究成果,并对锂硫电池的未来发展趋势进行了展望。     

Research progress on sulfur cathode of lithium sulfur battery

锂硫电池具有能量密度高、原料低廉、绿色环保等优势,已成为下一代高性能二次电池的研究热点,但是活性材料利用率低、容量衰减较快、自放电严重等问题,极大地阻碍了该电池的实用化进程。正极是电池的核心部件,要实现锂硫电池的性能提升,必须对硫正极的组分结构进行合理的设计与构建。本文首先分析锂硫电池的工作原理、存在问题及解决途径,然后分别从硫正极的活性材料、集流体、表面涂层、黏结剂、添加剂等5个方面对当前的研究现状进行总结,最后对其未来的发展前景做出展望,文章指出,硫正极更应关注真实的能量密度水平,而锂硫电池的研究视野不应局限于正极材料。     

Influence of sulfur additive on the cycling performance of sodium-nickel chloride battery and its mechanism analysis#br# #br#

制备了含有不同单质硫添加剂的钠-氯化镍电池,对其进行电化学性能测试,结果表明,在正极中添加单质硫能有效提高电池的循环性能,NaAlCl₄中含5%（质量分数）单质硫的电池具有最佳的循环性能。微结构和相组成分析发现,单质硫在电池的工作温度下可与金属Ni反应并在其表面生成Ni₃S₂修饰层。该修饰层能阻止邻近的金属镍在循环过程中的团聚从而抑制金属Ni的长大,进而提高电池循环性能。循环后期容量衰减的主要原因是正极中NaCl颗粒的长大。     

锂硫电池隔膜材料研究进展及展望

二次电池锂硫(Li-S)电池拥有较高能量密度(2 600 W·h/kg),远高于目前广泛商业化应用的钴酸锂电池(150 W·h/kg),是新一代具有极大发展潜能且环境友好的电化学储能体。隔膜作为锂硫电池中最重要的组件之一,其性能的优劣对电池的电化学性能影响极大。文中详细叙述了我国隔膜产业发展现状,系统整理并归纳了锂硫电池隔膜材料的种类及改性方式,讨论了当前锂硫电池隔膜的材料开发和隔膜改性对电池性能影响的研究进展,最后分析了未来隔膜发展的方向。     

Research progress of cathode materials for lithium-sulfur batteries

锂硫电池作为一种非常有前途的高能化学电源,随着电动汽车和便携式电子设备的发展,因其高理论比容量（1675 mA·h/g）和高理论能量密度（2600 W·h/kg）引起了人们的广泛关注。然而,锂硫电池发展过程中的一些挑战不可避免,包括硫较低的离子和电子导电性,较差的循环性以及生成的多硫化物易溶于有机溶剂等缺点,制约了锂硫电池的发展。本文结合近年来锂硫电池正极材料的研究进展,简要阐述了锂硫电池正极材料的研究现状、问题及面临的挑战。锂硫电池由于其发展中面临技术瓶颈难以突破,导致现在还无法大规模的应用,因而对其性能的改进也就成了当今的研究热点。硫电极材料电导率低、循环性能差,可以通过碳包覆或者掺杂改善材料性能。然而由于成本和技术问题,大部分锂硫电池正极材料目前还主要处于研究试验阶段。因此,在提高材料性能的前提下,通过碳包覆或者掺杂改善工艺,探索一条适合工业化生产的道路是下一阶段研究的重点。     

Preparation and electrochemical performance of LiFePO4/S composite cathode materials

以提高磷酸铁锂体系动力电池的能量密度为目的,在LiFePO₄正极材料中加入少量S材料球磨制得LiFePO₄/S复合正极材料。使用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征了结构和形貌,并分别组装扣式电池和软包电池测试其电化学性能。结果表明,磷酸铁锂纳米颗粒致密均匀附着在硫材料表面,构成具有包覆性结构的复合材料。在不同比例的LiFePO₄/S复合材料中,硫的添加量为15%的LiFePO₄/S复合正极材料表现出最优异的电化学性能,0.1 C下的初始容量为251.5mA·h/g,循环100周之后容量保持率达94.9%。以该比例的复合材料为正极的0.5A·h软包电池,循环100周后容量保持率为86.7%。LiFePO₄作为一种极性载体,对多硫化物有一定的吸附能力,少量硫的加入可以在大幅度提高LiFePO₄材料放电容量的同时,维持优异的循环稳定性。LiFePO₄/S复合材料可为磷酸铁锂体系动力电池的发展提供新的思路。     

基于锂掺杂分子筛改性隔膜的高性能锂硫电池北大核心CSCD

锂硫电池在下一代高能量密度可充电电池中极具吸引力,但多硫化物严重的穿梭效应阻碍了它的实际应用。本工作利用离子交换法成功地制备了一种锂掺杂分子筛(Li@CHA),并将其与氧化石墨烯(GO)结合用于修饰常规聚丙烯隔膜,以缓解锂硫电池的穿梭效应问题。借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、氮气吸-脱附法以及电化学测试,深入研究了Li@CHA的形貌、结构及用于锂硫电池的电化学性能。研究显示,Li@CHA可在隔膜表面充当“离子筛”,有效抑制多硫化物阴离子的自由穿梭,并提高锂离子的传输性能。此外,GO也可以通过化学吸附进一步抑制穿梭效应,并改善修饰层的导电性,降低电池阻抗。因此,采用这种改性隔膜的锂硫电池表现出增强的反应动力学、出色的倍率性能和稳定的循环性能,在3 C下获得了638 mAh/g的高倍率容量,在0.5 C下循环500圈后仍具有71.0%的高容量保持率。本工作为抑制多硫化物的穿梭效应提供了一条新的思路,有望进一步推动锂硫电池的实际应用。     

交联型水性粘结剂的制备及其在磷酸铁锂正极的 应用研究

丙烯酸（AA）通过自由基接枝聚合对聚乙烯醇（PVA）进行改性,得到接枝聚合物PVA-g-PAA,并与季戊四醇（PER）交联剂共同作为磷酸铁锂（LFP）正极的交联型水性粘结剂,探讨了交联温度及不同PER使用量对LFP正极电化学性能的影响。交联温度与极片制备工艺温度相吻合,极片在烘干的过程中同时完成交联反应。当PER的加入量为PVA-g-PAA的5mol%时,LFP电极表现出最优的粘结力和电化学稳定性,在0.2 C和1 C倍率下进行充放电循环测试,PVA-g-PAA-c-5%PER在0.2 C倍率下循环100圈后的容量保持率为99.4%,PVA-g-PAA和PVDF的分别为94.4%和88.6%;PVA-g-PAA-c-5%PER在1 C高倍率下循环400圈后的容量保持率为82.6%,而PVA-g-PAA的保持率为78.8%。     

聚阴离子型二次离子电池正极材料研究进展

二次离子电池作为诸多储能方式中的一种,具有循环性好、服役寿命长、安全性高、使用方便等优点,已广泛应用于便携式电子设备、电动汽车等领域.然而,随着锂、钴等资源的短缺以及可再生清洁能源的快速发展,亟需发展高效、低成本且环保的新型二次离子电池技术,但其发展受限于缺乏优异的正极材料.相比于其他二次离子电池正极材料,聚阴离子化合物具有种类丰富、结构多样、工作电压可调、循环稳定性好等优点,是发展低成本环保二次离子电池的理想正极材料.本文根据聚阴离子的种类,将其相应正极材料系统分为磷酸盐类、硫酸盐类、其他单一聚阴离子类和混合聚阴离子类,并以LiFePO4、Na3V2(PO4)3、NaVPO4F、Na2Fe2(SO4)3、KFeSO4F、Li2FeSiO4等化合物为代表详细介绍了各类正极材料的晶体结构、电化学性能及储能机理.重点综述了各类聚阴离子型正极材料的研究进展,简要概述了对材料进行包覆、掺杂、纳米化等改性措施取得的研究成果.最后对聚阴离子型正极材料发展过程中的瓶颈(电子电导率低的问题)进行了论述,并提出了相应的解决策略.     

锂电池百篇论文点评（2023.12.1—2024.1.31）

本文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“battery*”为关键词检索了Web of Science从2023年12月1日至2024年1月31日上线的锂电池研究论文,共有6213篇,选择其中100篇加以评论。正极材料的研究集中于高镍三元、富锂正极材料的掺杂改性和表面包覆,以及其在长循环过程中的结构演变等。负极材料的研究重点包括硅基负极的界面调控和材料制备优化以缓冲体积变化、金属锂负极的界面构筑与调控。固态电解质的研究主要包括氯化物固态电解质、硫化物固态电解质和聚合物固态电解质的结构设计以及相关性能研究,电解液研究则主要包括不同电解质盐和溶剂对各类电池材料体系适配的研究,以及对新的功能性添加剂的探索。针对固态电池,正极材料的体相改性和表面包覆、复合正极制备与界面修饰、锂金属负极的界面构筑和三维结构设计有多篇文献报道。锂硫电池的研究重点是硫正极的结构设计、功能涂层和电解液的改进,固态锂硫电池也引起了广泛关注。电池工艺技术方面的研究包括干法等电极制备技术、黏结剂的研究。表征分析涵盖了正极材料的结构相变、锂沉积负极的界面演变等。理论模拟工作侧重于界面离子传输的研究,以及通过...     

Review of doping and surface coating of cathode materials for lithium ion batteries

随着国家政策对电动汽车的支持力度不断加大,锂离子电池的电化学性能瓶颈愈发凸显。本文综述了锂离子电池正极材料钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂及三元材料在掺杂和表面包覆两种工艺对电池电化学方面的影响,并展望了掺杂和表面包覆两种工艺未来的研究方向。     

专利视域下全球锂硫电池技术竞争态势分析

锂硫电池是一种以硫作正极,锂作负极的锂电池,具有原材料储量丰富、成本低和环保等特点,已经成为燃料电池领域的新兴技术的研究热点和发展方向.以全球锂硫电池技术专利作为研究对象,利用专利数据挖掘和主题聚类的方法,分析了全球该技术的专利申请总体发展态势、地域分布、专利技术构成与功效、申请人技术构成与主题聚类,以及主要机构的技术...     

Research progress in blending modification cathode materials for lithium ion batteries

本文简述了国内外锂离子电池正极材料共混改性的研究进展。正极材料是锂离子电池重要组成部分，是决定锂离子电池能量密度和成本的关键因素。共混改性具有制备工艺简单、材料性能一致性容易控制、综合成本较低等优点，在钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料电池制造中得到应用。国内外通过对正极材料共混改性机理研究，发现共混改性是材料改善电化学性能、降低成本、提升安全性能的有效途径，并有望发展成为依据材料特性指导锂离子电池高性能电极设计的重要方法。同时在正极材料共混改性方面亟需加强共混材料物性匹配、充放电机制选取、共混工艺研究，该方法也为高镍、富锂锰基等新一代正极材料工业化应用提供了工艺参考。