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。

分级多孔纳米碳球的制备及其在锂硫电池中的应用

以戊二醛(GA)与3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)为原料,通过醛胺缩合反应、高温煅烧以及碱刻蚀,制备了分级多孔纳米碳球(HPCN)。扫描电子显微镜(SEM)测试表明,制备的HPCN为平均粒径85.3 nm的单分散纳米球。将HPCN与单质S混合,通过熔融−扩散法制备HPCN/S正极材料,组装成锂硫(Li-S)电池后进行电化学测试。测试结果表明,HPCN/S具有优良的电化学性能,使用铝箔集流体时,在0.2 C循环100圈后放电比容量为472.1 mA·h/g;采用碳纸替代铝箔集流体制备的HPCN/S-CP正极,显示出更加优异的循环稳定性与倍率性能,在0.2 C循环100圈后放电比容量为636.1 mA·h/g,在1.0 C与2.0 C下的倍率比容量分别为702.7 mA·h/g、249.4 mA·h/g。

锂电池硫/硒正极材料的研究进展

锂硫电池的能量密度高,原料价格低廉,具有成本优势,是一种最具潜力的二次电池之一。然而受限于硫正极的低导电性以及多硫化物溶解导致的循环寿命衰减等因素,锂硫电池仍不能得到很好的商业化应用。作为硫的同主族元素,硒具有良好的电导率和可观的体积容量。结合了硫和硒的优点,硫硒固溶体(SexSy)引起了人们的极大关注。SexSy的导电性好、比容量高,但仍然存在穿梭效应、电解液匹配性和循环过程中体积变化大等问题。本文分析了近期锂电池SexSy基正极材料的研究现状,主要总结了碳材料、金属化合物、金属-有机框架和杂原子掺杂材料四个方面的相关研究进展,介绍了本课题组在SexSy基正极材料方面的部分研究成果,并对锂-硫/硒电池的未来发展前景进行了展望。

三维石墨烯包覆的硫掺杂碳负载二硫化硒复合材料的制备及其储锂性能研究

二硫化硒(SeS2)作为储锂的正极材料,具有硒和硫以外的独特优势。采用硫掺杂介孔碳(sulfur-dopedmesoporous carbon,SMC)负载SeS2,然后用三维石墨烯(three-dimensional grapheme,3DG)对其进行包覆,制备了双重限定的SeS2基正极结构。通过透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM),扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)以及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)对所制备的3DG-SMC-SeS2纳米复合材料的形态和结构进行表征。结果显示,SeS2均匀地分布在SMC基体的介孔通道中,3DG良好地包裹SMC-SeS2复合材料。受益于SeS2不可或缺的优势和独特设计的主体构架,3DG-SMC-SeS2正极表现出极好的循环性能和优异的高倍率性能。这种新型SeS2基正极材料为克服目前锂硫电池的主要瓶颈提供了一种可行的策略。