有机金属框架衍生物的制备及其在锂硫电池隔膜改性中的应用

为利用有机金属框架衍生的碳材料来提高锂硫电池的电化学性能,采用溶剂热法首先合成出有机金属框架2-甲基咪唑锌盐MOF材料(ZIF-8),再通过管式炉高温碳化形成沸石咪唑盐骨架衍生的多孔碳材料(ZPC),并将其用于对锂硫电池的隔膜改性;采用SEM观察材料的形貌,通过N2吸附-脱附实验测量ZPC的比表面积,用恒流充放电测试材料的电化学性能,并与传统碳材料Super P进行对比。结果表明:ZPC比表面积为972.238 m2/g,远大于Super P的比表面积;0.1 C倍率条件下,ZPC改性隔膜组装电池的初始放电比容量达到1315.0 mA·h/g,优于普通PP隔膜电池(1256.5 mA·h/g)和Super P改性隔膜电池(1288.1 mA·h/g);循环50圈后,ZPC改性隔膜电池放电比容量仍可达到907.1 mA·h/g,比普通隔膜电池和Super P改性隔膜电池分别提高了74.4%和15.2%;并且每圈的库伦效率都大于97%,表现出了较好的充放电性能和循环稳定性。

锂硫电池硫正极、隔膜改性及电化学性能研究

锂硫电池具有高容量和比能量、成本低以及环境友好的特点,备受国内外研究学者的重视,是新一代储能装置的备选者之一,但其仍然存在着循环寿命低、利用率低以及安全性较差等缺点,这一系列的缺点就成为锂硫电池的难以商业化应用的关键因素。而造成这一现象的主要原因是硫以及硫化锂具有低电子导电性的特点,同时反应的中间产物会在电解液中扩散甚至溶解,导致硫正极的利用率降低,从而导致电极的寿命降低。本文主要探讨了锂硫电池硫正极及隔膜改性的方案,并研究了相应的电化学性能,以期能给行业相关人士提供借鉴。

MoO_(2)/ZnS复合材料改性隔膜实现锂硫电池稳定的高倍率性能

锂硫电池由于其高能量密度、低成本效益被认为是最有前途的下一代电池体系之一.然而多硫化物的穿梭效应大幅降低了锂硫电池的循环稳定性和寿命,严重阻碍其实际应用.无机金属化合物材料改性的隔膜不仅能抑制多硫化锂(LiPS)的穿梭效应,其部分特殊的晶面还能加速多硫化物的氧化还原反应动力学.本文在罗盘状ZnS表面原位生长球状的MoO_(2),制备MoO_(2)/ZnS复合材料.MoO_(2)对多硫化物有着较强的吸附作用,ZnS有着良好的电导率,两者的复合可加速电子传导效率和氧化还原速率.以所制备的MoO_(2)/ZnS作为隔膜改性材料,锂硫电池在5 C的大电流密度下,经过1000次循环后仍可以保持690 mAh g^(-1)的放电比容量,平均每圈的容量衰减率仅为0.014%,表现出优异的循环性能和倍率性能.

Ti_(x)O_(y)-Ti_(3)C_(2)隔膜改性材料在锂硫电池中的应用

利用一种Ti_(x)O_(y)-Ti_(3)C_(2)异质结构材料对电池隔膜进行改性,以有效地控制锂硫电池中存在的穿梭效应,并提高作为正极活性物质硫的利用率.利用简单的涂覆法将Ti_(x)O_(y)-Ti_(3)C_(2)修饰在PP隔膜表面,制备成复合隔膜.采用结构表征及电池性能测试对其进行研究.结果表明,相比较于常用的氧化石墨烯修饰的隔膜,经过Ti_(x)O_(y)-Ti_(3)C_(2)改性后的隔膜材料化学稳定性能显著,同时更能有效遏制穿梭效应.

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。

CoNi基双金属-有机骨架衍生碳复合材料多功能改性锂硫电池隔膜

严重的多硫化物穿梭效应和转化缓慢等问题导致锂硫电池容量迅速衰减,其大规模应用受限。本文将金属有机框架材料(MOF)衍生碳(Ni,Co)/C用于锂硫电池隔膜改性,很好地解决了上述问题。钴镍双金属的协同作用分别实现了大量又快速的化学固硫和抑硫的可逆性,显著提高了锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。在1C的电流密度下,(Ni,Co)/C改性隔膜电池的容量在第1次循环时可以达到1035.6 mAh·g^(-1),在500次循环后容量仍保持662.2 mAh·g^(-1),容量保持率为63.9%。此外,本工作克服了二元金属基MOF制备难的问题,使用简单快速的室温液相合成法制备了柱状镍钴二元MOF,该法有望实现MOF的宏观制备。

共价有机框架基锂硫电池隔膜的研究进展

共价有机框架(COFs)具有比表面积高、结构明确、孔分布均匀和易于功能化等特点,是一种有前景的锂硫电池隔膜材料。总结COFs基隔膜的进展,主要包括COFs基隔膜在锂硫电池中的应用,强调COFs的多孔尺寸和高比表面积在抑制多硫化物穿梭效应和促进Li+传导方面的重要性,说明电荷中性COFs、离子型COFs及COFs基复合材料在提高锂硫电池可逆容量和循环稳定性方面的优越性。介绍COFs基隔膜面临的挑战,并对未来的发展方向进行展望。

MoN/MoO_(2)复合改性隔膜的制备及其锂硫电池性能

为增强锂硫电池正极的电子传输能力并减小其电化学极化,采用静电纺丝、高温煅烧结合电沉积法制备了MoN单晶纳米纤维负载MoO_(2)纳米片的异质复合材料。研究了MoN纳米纤维的相组成、形貌和结构特征,发现MoN单晶纳米纤维的形成是高温氮化和碳化反应共同作用的结果,并分析了可能的反应机制。进一步采用电沉积法在MoN单晶纳米纤维表面制备MoO_(2)纳米片,通过调控电沉积时间,获得了不同MoO_(2)负载量的MoN/MoO_(2)复合材料,研究了MoN/MoO_(2)异质复合材料对多硫化锂的催化转化能力。最后将催化性能优化的MoN/MoO_(2)复合材料抽滤至聚丙烯隔膜表面作为改性隔膜组装锂硫电池。结果表明:组装的电池在0.2 C的放电倍率下可获得高达1263 mA·h/g的初始容量,而当放电倍率为1 C时的初始放电容量为990 mA·h/g,经1000次循环后仍可保持536 mA·h/g,对应于每圈容量衰减率仅为0.046%,说明MoN/MoO_(2)修饰的功能化隔膜可有效提升锂硫电池的电化学性能。

聚合物隔膜在锂离子电池中的研究进展

聚合物隔膜种类繁多,不同的隔膜具有不同的物理及化学性能。从聚烯烃隔膜、聚酰亚胺隔膜、聚醚醚酮隔膜和其他聚合物隔膜四个方向出发,探讨了聚合物隔膜的研究进展,并对聚合物隔膜的未来发展进行了展望。

天然矿物改性锂离子电池隔膜研究进展

商用有机隔膜因其分子结构中缺乏极性和刚性基团而表现出较差的电解液浸润性和严重的热收缩性,不利于锂离子电池的安全高效运行。天然矿物因具有独特的晶体结构、良好的润湿性、优异的热稳定性和机械稳定性,使其在有机隔膜改性领域有着广阔的应用前景。总结了一维矿物、二维矿物、三维矿物在隔膜材料中的应用现状,介绍了涂覆改性、共混改性2种隔膜改性方式,综述了静电纺丝法、相转化法、浸涂法、热致交联法、固相烧结法等隔膜材料制备工艺,并展望了天然矿物在锂离子电池隔膜领域的研究趋势。

丙烯酸甲酯/二乙烯基苯接枝交联共聚合改性聚丙烯隔膜

研究了在聚丙烯(PP)隔膜表面接枝二乙烯基苯(DVB)/丙烯酸甲酯(MA)交联聚合物网络,提高隔膜高温条件下尺寸稳定性的改性方法。全反射傅立叶红外光谱(ATR-FT-IR)证明DVB和MA在PP隔膜表面发生了聚合反应。考察了接枝共聚合体系中反应时间、反应温度、引发剂浓度等对PP隔膜接枝率和耐热性能的影响。在隔膜表面成功接枝P(DVB-co-MA)的基础上,探索了通过聚合物中DVB结构单元上未反应的双键与KH570发生共聚合反应,在隔膜表面引入SiO2粒子的改性方法。用SEM观察膜表面形貌,结果表明SiO2粒子确实结合到了隔膜中,且该改性方法对隔膜表面孔结构影响不大。热收缩率测试结果表明,改性后膜的尺寸稳定性明显提高,130℃下4 h热收缩率从12%可降低到4%。

黑磷烯改性膜的制备及其锂硫电池性能

锂硫电池因其高能量密度、低成本、无毒性等优点,在电池领域备受瞩目,被认为是最具有开发潜力的电池之一。但锂硫电池的应用一直受到容量衰减严重的困扰,这主要源自于多硫化物的严重穿梭效应。为解决这个问题,通过合成黑磷烯对商用聚丙烯隔膜进行改性,探究黑磷烯对锂硫电池性能的影响。结果发现,黑磷烯与商用隔膜具有良好的粘附性,改性后提高了隔膜吸液率,加快了离子在电解液中的扩散,有效抑制了穿梭效应。黑磷烯改性隔膜的锂硫电池在0.05 C下的首次放电比容量可达943 mAh/g,且在0.1 C下稳定循环超过200次,电池的性能得到显著提升。

超薄MoS2纳米片改性隔膜用于锂硫电池的研究

与锂离子电池相比,锂硫电池具有较高的理论能量密度。然而,硫具有较差的电子导电性,以及充放电过程中体积膨胀和放电产物多硫化锂的“穿梭效应”,这将导致实际应用中电池的循环寿命很差。在本文中,利用溶剂插层剥离法将MoS 2体相材料剥离成超薄的纳米片。后续通过简单的真空抽滤法将高导电性的碳纳米管和超薄MoS 2纳米片的乙醇分散液依次修饰在商用聚丙烯隔膜上。电化学测试结果表明,使用CNT+MoS 2/PP隔膜的锂硫电池在1C下显示出了924.4 mAh/g的高容量,200次循环后保持573.7 mAh/g的高可逆容量,容量保持率为80.3%,每圈容量衰减率仅为0.098%,明显优于使用聚丙烯隔膜的电化学性能。这主要是由于超薄的MoS 2纳米片能够有效地吸附长链多硫化物(Li 2S x,4≤x≤8),同时高导电性的碳纳米管能够高效地将其还原成Li 2S 2/Li 2S,从而抑制了多硫化物的“穿梭效应”。

改性隔膜/隔层在锂硫电池中的应用进展

综述了锂硫电池中的改性隔膜/隔层材料的最新研究进展,包括碳材料改性隔膜/隔层如石墨烯、碳纳米管、碳纤维、碳布、多孔碳等,金属氧化物和其他改性隔膜/隔层材料,最后对改性隔膜/隔层的发展方向进行了总结和展望。

锂硫电池隔膜用无机材料的研究进展

无机材料改性的隔膜不仅能抑制多硫化物的穿梭效应,还能加速硫的氧化还原反应动力学。综述金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属磷化物、金属氢氧化物和异质结等无机材料改性隔膜的研究进展,总结材料的特点。金属氧化物和金属硫化物因较强的物理化学作用,对多硫化物具有较强的吸附性和催化性。金属氮化物和金属磷化物不仅具有较高的催化能力,还有较高的导电性。层状双金属氢氧化物有大量亲水性羟基和丰富的“亲硫性”位点,对多硫化物具有很强的化学亲和力,可促进多硫化物的转化动力学;异质结通过引入相界面导致晶格畸变,增强界面电荷转移,整合各组分的优势,提高材料的电化学性能。讨论隔膜的持续改进,以满足锂硫电池的经济、高效、环保、安全和高性能等要求。

扩张阳极与改性隔膜电解槽技术的联合应用

扩张阳极改性隔膜电解槽新技术主要是将废、旧金属阳极片改制成扩张阳极片,缩小阴、阳极间距,使极距和电流分布更均匀、更合理,从而降低溶液电压降;再配套吸附技术,平均可降低30-Ⅲ型单槽电压0.2伏以上,而且将隔膜电解槽改制成扩张阳极电解槽后,与原阳极片的互换性大,投资小、见效快、节电效果明显。

锂离子电池隔膜的发展现状与进展

锂电池隔膜是锂离子电池的重要组成部分,对整个电池的安全及性能有显著影响。目前国内国产化步伐加快,在锂电池隔膜方面已有明显的成果进步,市场占有率和产能都位居世界前列,但高端隔膜市场却依旧被国外公司垄断,因此,为进一步提高高端化市场的国产化率,仍需加大锂电隔膜的研究力度。本文主要针对电池隔膜在电池中的主要作用、种类、性能差异及优缺点,详细阐述了相应的国内外研究和进展,同时还概括了锂电池隔膜的制备工艺方法等,包括湿法和干法制备工艺。对隔膜的种类以及不同的改性方法进行了概述,包括不同改性方法导致的隔膜性能上的差异,并以几种商业隔膜和纤维素纸基隔膜为例,进行了性能对比。最后对锂电池隔膜在工艺、新型锂电池隔膜发展以及研究方向等方面的未来发展趋势进行了总结展望。

改性隔膜扩张阳极技术探讨

介绍杭州电化集团有限公司改性隔膜和扩张阳极技术的应用情况,尤其提出该技术对盐水质量的严格要求。指出提高盐水质量的途径有:离子膜法淡盐水重饱和法、用精盐替代海盐制作盐水和采用戈尔膜或凯膜技术过滤盐水。改性隔膜扩张阳极电解槽比普通隔膜电解槽更节能,槽电压可下降0.2V,每生产1t烧碱可节电140kW·h。

改性隔膜电解槽操作的优化

介绍改性隔膜扩张阳极电解槽节能降耗的理论、制作改性隔膜所用的石棉绒及改性剂，说明改进改性隔膜吸附技术和加强电解槽管理是降低电解电耗的关键环节。改性隔膜扩张阳极电解槽比普通隔膜电解槽的单槽电压降低0．2～0．3V，生产1t烧碱可节电140kW·h左右。

扩张阳极与改性隔膜技术应用初探

金属扩张阳极+改性隔膜技术是我国隔膜法烧碱的一个发展方向,它在今后相当长一段时期内占居主导地位。本文着重从盐水质量的控制、改性隔膜制膜工艺和扩张阳极技术的应用等方面展开初浅的论述,旨在交流扩张阳极+改性隔膜技术在我厂应用的成功经验。