多壁碳纳米管夹层抑制锂硫电池穿梭效应

以多壁碳纳米管（MWCNTs）薄膜作为锂硫电池正极片与隔膜之间的夹层,可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,提高锂硫电池的容量和循环性能。本文利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电镜（SEM）等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,含MWCNTs夹层的锂硫电池在0.2C倍率首次放电比容量达到1352mA·h/g,首次库仑效率接近100%,循环20次后比容量还保持在1028mA·h/g。在1C、2C和5C倍率下充放电,电池比容量分别达到902mA·h/g、782mA·h/g和509mA·h/g。     

二维碳纳米片的设计合成及锂硫电池性能测试

本文设计合成了一种类沸石咪唑酯骨架衍生二维碳纳米片,并将其作为锂硫电池正极材料,测试电化学性能。产物采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N_2等温吸附脱附曲线、以及热重分析(TGA)进行表征。电化学测试结果表明,当制得二维碳纳米片包覆适量钴纳米颗粒,实测的锂硫电池的性能最佳,在0.5 C倍率下首圈放电比容量为1170 mAh·g~(-1),循环200圈后,比容量仍然有503.8 mAh·g~(-1)。因此,用该方法制备的二维硫/碳复合材料对于锂硫电池正极材料的研究具有重要意义。     

2-甲基呋喃对锂硫电池性能的影响

采用2-甲基呋喃作为锂硫电池电解液添加剂,并通过充放电测试考察了2-甲基呋喃的含量对锂硫电池的循环性能、库伦效率、放电中压的影响。结果表明,与空白锂硫电池相比,添加2wt%的2-甲基呋喃的电解液的锂硫电池的性能较好,在电流密度为200 m A/g下,前50次的电池放电容量保持率由42.8%提高到53.3%,首次循环的库伦效率由60.2%提高到82.6%。     

锂硫电池模拟与仿真

多硫化物沉淀反应造成电极活性比表面积大量减少,是锂硫电池放电性能降低的主要原因。采用形核-生长沉淀模型描述锂硫电池沉淀过程。同时,采用误差函数erf（x）修正锂硫电池活性比表面积减少对电池放电阶段性能的影响。在实验数据与计算结果相吻合的前提条件下,进一步计算结果表明：多硫化物Li₂S₂和Li₂S较高的生长速率可以提高放电电压平台,而增加S^2-的形核和生长速率均有利于提高锂硫电池的放电容量。     

功能性碳纳米管碳膜对锂硫电池性能影响的研究

锂硫电池由于其较高的理论能量密度近年来受到广泛关注。将海藻酸钠、聚乙烯醇、高比表面超导碳、碳纳米管制备成分散液,通过真空抽滤的方法制备了碳纳米管碳膜。将制备的碳膜置于锂硫电池正极与隔膜之间,以改善锂硫电池的性能。利用SEM,电化学性能测试等方法,表征了碳膜的微观形貌并测试了锂硫电池的电化学性能。引入碳膜的锂硫电池首次放电容量达到1537.6 m Ah/g,80次循环后容量保持在1189 m Ah/g。碳纳米管碳膜能够提供电子的传输通道,吸附聚硫离子,抑制固相产物在正极表面的富集,使锂硫电池的性能有较大幅度的提高。     

基于电沉积导电高分子改性硫电极的Li-S电池

采用电化学法,在硫电极表面沉积一层聚(3,4–乙烯二氧噻吩)薄膜,并研究了相关锂–硫(Li-S)电池的电化学性能。结果表明,这种简单的电化学方法容易实现在整个硫电极表面制备一层致密、均匀、厚度可控的导电高分子薄膜,并且显著提高Li-S电池的循环稳定性。其中,薄膜电沉积500次时,其改性硫电极的初始放电比容量为955 mAh／g,在放电电流密度为900 mA／g时,800次充放电循环后比容量为590 mAh／g,即每个循环的容量损失率仅为0.047%。     

乙炔黑修饰玻璃纤维隔膜及其在锂硫电池中的应用研究

锂硫电池因其硫电极导电性差及容量衰减快等问题限制了其应用。为了提高锂硫电池的比容量、倍率性能及循环稳定性等电化学性能,本研究利用乙炔黑对玻璃纤维(GF)进行表面修饰,得到了一种新型的乙炔黑/玻璃纤维复合隔膜(CGF)。研究发现,在纯硫电极下,使用CGF隔膜的锂硫电池在电流密度为0.2C时,其起始比容量达到1550mAh/g。且在1C和2C高电流密度下,其比容量仍分别达到了960mAh/g和691mAh/g,长循环300圈后容量保持率分别为65%和58%。然而,使用GF隔膜的锂硫电池在0.2C时起始比容量仅为1113mAh/g。且其比容量衰减快,循环300圈后,比容量仅为517mAh/g;当电流密度增加到0.5C及以上时,锂硫电池基本不能释放容量。通过乙炔黑修饰玻璃纤维隔膜并将其应用于锂硫电池,有效地提高了电池的比容量、循环稳定性和倍率性能。     

锂硫电池隔膜的研究现状

锂硫电池具有较高的理论比容量(1 675 mAh/g)和能量密度(2 600 Wh/kg)优势,并且用于该电池的活性物质单质硫廉价、环境友好,被认为是目前最具发展潜力的新一代高能量密度的电化学储能体系之一。隔膜作为锂硫电池的关键材料之一,其性能优劣将会直接影响锂硫电池的性能。本文主要综述了锂硫电池隔膜的种类、改性方法等方面的研究进展,建议开发新的高品质锂硫电池隔膜材料,最终使其电化学性能得以提高。     

一种水性多功能粘结剂对锂硫电池性能的影响（急）

以海藻酸钠(SA)与聚乙烯亚胺(PEI)为原料，制备了一种具有交联网络结构的海藻酸钠交联聚乙烯亚胺（SAPEI）多功能锂硫电池正极水性黏结剂。研究了SAPEI黏结剂的黏结性、多硫离子吸附能力，以及对锂硫电池正极结构和电化学性能的影响。结果表明，SAPEI黏结剂的黏结强度高于传统商用（PVDF）黏结剂，同时反应过程中产生的酰胺键对多硫离子具有吸附作用。使用SAPEI黏结剂的锂硫电池在循环后硫正极呈现出更加均匀的微观形貌结构和更优的电化学性能。在0.2 C倍率下充放电200次后其放电比容量仍然保持在620 mA·h/g，容量保持率可达到72.5％，高于使用PVDF黏结剂的锂硫电池。     

核壳结构S/MnO_2复合材料对锂硫电池性能的影响

锂硫电池是下一代高能量密度二次电池的首选,但目前实际能量密度远未达到预期水平,构建高硫负载量下依旧能让锂、硫多相电化学反应高效进行的硫正极是关键之一。将纳米片状MnO_2包覆在纳米硫球外表面,制备S/MnO_2核壳结构复合材料,通过壳层MnO_2来抑制穿梭效应、促进电化学反应,以优化多孔硫正极中表观电化学反应过程,改善锂硫电池性能。实验结果表明,0.05 C倍率放电时,比容量达1 200 mAh/g以上,0.1 C倍率放电时,比容量也在800 mAh/g左右,循环100次比容量保持率75.1%,显然壳层结构确实有利于提高电池性能;进一步测试对比两种不同厚度、结构的S/MnO_2复合材料表明,具有较薄的MnO_2壳层结构的S/MnO_2-2复合材料表现出更优的循环、倍率性能,表明复合材料壳层厚度、结构以及复合材料组成的微观多孔结构对硫正极中表观电化学反应过程有较大影响,其详细机理尚需今后深入研究。     

纳米碳/硫复合材料在锂硫电池正极中的应用研究进展

锂硫电池具有高能量密度(2600 Wh·kg~(-1))和高理论比容量(1675 mAh·g~(-1))的优越特性,引起了研究者的极大关注。然而,锂硫电池(LSBs)的商业化应用,仍然面临硫的导电性低、多硫化物的穿梭效应以及充放电过程中体积急剧膨胀等技术阻碍。本文重点介绍了通过开发硫/碳复合电极材料来提高LSBs电化学性能的一些有效策略,对LSBs在未来面临的挑战和发展前景进行了展望。     

聚乙烯吡咯烷酮包覆硫/碳复合材料的制备及其电化学性能

采用液相化学沉积法,并引入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）制备得到聚乙烯吡咯烷酮包覆硫/碳复合材料。采用热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、恒流充放电和循环伏安（CV）表征其物化性能和电化学性能,结果表明,聚乙烯吡咯烷酮可有效提高硫/碳复合材料的电化学性能。0.35 C充放电时,所得聚乙烯吡咯烷酮包覆硫/碳复合材料首次放电比容量达到1 415.3 mAh/g(按单质硫的质量计算),120次后比容量保留为903.3 mAh/g,容量保持率为63.8%;2 C充放电时,首次放电比容量可达到904 mAh/g,200次后比容量仍能保持在486.8 mAh/g。     

粘结剂对MnO2电极电化学性能的影响

以放电容量为主要衡量标准,对粘结剂和MnO2电极电化学性能的关系进行了研究。结果表明:以聚四氟乙烯为粘结剂时,采用碾膜法成型的MnO2电极在聚四氟乙烯的配比为2%并添加乳化剂后电性能最好。由其与锂负极组装的Li-MnO2电池最高放电容量高达1295.9mA.h。     

蒽醌/分子筛复合正极材料的制备及其在锂离子电池中的性能研究

通过研磨法将蒽醌以不同比例混合于SBA-15分子筛的孔径结构中，制备出蒽醌/分子筛复合正极材料。并用XRD、SEM、BET等方法对SBA-15分子筛、蒽醌及复合材料进行了结构表征，应用恒流充放电、倍率充放电、循环伏安法、交流阻抗等测试手段对复合正极进行了电化学性能测试。结果表明分子筛/蒽醌复合正极的比容量、循环性能、倍率性能和电化学性能较纯蒽醌正极均有了一定幅度的提升。其中蒽醌填充量为66%的复合材料综合性能提升最大，首次放电比容量达到186.9 mAh/g,五十次循环之后剩余比容量有74.2 mAh/g,是纯蒽醌电极比容量初始值和五十次循环后的1.35和1.26倍。这是由于SBA-15分子筛的应用提高了AQ活性物质的利用率而得到的优化。     

落叶用于制备锂硫电池正极导电材料

以常见废旧落叶为原料,通过改变制备工艺参数得到性能优异且具有较大比表面积的活性炭.落叶制备的活性炭负载硫后做为锂硫电池正极材料,硫负载量高达70％(wt.％).采用SEM、红外、BET等方法,分析正极材料的结构和官能团.本文制备出的活性炭,比表面积可高达2894.25 m2·g-1.在0.1 C循环时首圈放电比容量可达1295 mAh·g-1,0.5 C循环200圈后比容量还能维持在507 mAh·g-1.电池在2 C时电池放电比容量可达535 mAh·g-1,当倍率恢复到0.2 C时,容量可以恢复到756 mAh·g-1,体现了材料优异的电化学性能.     

二氯二甲基硅烷对锂硫电池性能的影响

采用二氯二甲基硅烷对锂片表面进行预处理,以提高电极的界面稳定性。将预处理的锂片与硫电极组装成锂硫电池,并对其进行充放电测试。结果表明,与以未经预处理锂片作负极的锂硫电池相比,经二氯二甲基硅烷预处理5 min的锂片作负极的锂硫电池的循环性能、倍率性能及库伦效率均得到较大的改善,且预处理时间对电池的性能有一定的影响。     

碳纳米管增强三元材料的电化学性能

以碳纳米管(MWCNTs)代替导电碳黑(SP)添加到镍钴锰(LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2)三元材料,制成正极浆料涂覆于铝箔上并组装成扣式电池。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)进行结构和性能表征,通过恒流放电和电化学阻抗(EIS)检测电池的电化学性能。分别对掺杂了0.5%、1.%、2%、5%、10%MWCNTs的三元材料进行电化学性能检测,结果显示,5%MWCNTs的三元材料在0.1C放电时,首次和第30次循环的放电比容量分别达到179m A·h/g和167m A·h/g;对比含5%SP的三元材料,放电比容量分别提升了9.9%和8.4%,循环稳定性和倍率性能大幅度提高。以20MPa压力对极片进行密实处理,电极的电化学性能进一步改善,首次和30次循环放电容量分别达到204m A·h/g和187m A·h/g。     

硫包覆改性磷酸铁锂材料的性能研究

锂硫电池因其较高的理论比容量受到广泛关注,实验采用硫包覆改性磷酸铁锂,以期兼顾两者的优点。硫包覆改性处理的磷酸铁锂材料LFP-0.05S与初始磷酸铁锂材料LFP相比,形貌相近,均为100～300 nm一次颗粒。在碳酸酯类电解液和醚类电解液中,LFP的放电比容量均为160 mAh/g。在醚类电解液中,LFP-0.05S的放电比容量可以达到190 mAh/g,在3.4 V出现磷酸铁锂的放电平台,在2.4 V和2.1 V出现硫的放电平台。但是LFP-0.05S的循环稳定性较差,循环20圈后,容量保持率为74.9%。     

锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能

锂硫电池因具有超高的理论比容量（1675 mA·h·g^-1）而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后,与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现,玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构,且表面具有大量的介孔结构,硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能,这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性,且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点,提高了硫的利用率。     

聚苯胺包覆对提高单质硫正极材料的性能研究

采用原位聚合法合成了聚苯胺包覆硫复合材料,并分析了产品的晶体结构和表面形貌。苯胺的聚合倾向于在单质硫颗粒表面进行,形成聚苯胺包覆的硫复合材料。以0.2 mA/cm2电流密度充放电,含聚苯胺为15%的聚苯胺/硫复合材料的首次放电容量为1 134.01 mA.h/g,比未改性硫电极增加了82.42%;充放电循环30次后放电电容量为526.89 mA.h/g。当充放电电流密度提高到0.30、.4 mA/cm2时,聚苯胺/硫复合材料的放电容量分别为704.81、194.77 mA.h/g。改性后的聚苯胺/硫复合材料的电化学性能得到了较大的改善。