锂硫电池正极的研究进展.pptVIP

高能电池的需求 锂硫电池的基本原理 锂硫电池的优势和挑战 Li-S电池容量衰减 Cathode composition S：C：binder = 84:12:4 theory capacity：1404 Discharge and charge: 0.1C (0.4mA/cm2) Cutoff voltage: 1.7V, 2.5V 锂硫电池复合正极材料 硫碳复合材料 硫-碳纳米管复合正极材料 硫-介孔碳复合正极材料 高孔率碳材料 分级介孔碳材料 硫-导电聚合物复合正极材料 S/导电聚合物材料 含S-C化学键的导电材料 新结构体系的正极材料 S/MWCNT复合正极材料 S/MWCNT复合正极材料 高孔率碳-硫复合正极材料 高孔率碳-硫复合正极材料 分级介孔碳-硫复合正极材料 分级介孔碳-硫复合正极材料 硫-聚噻吩复合正极材料 硫-聚噻吩复合正极材料 含S-C化学键的导电复合材料 S/CuS正极材料 锂硫电池及其正极的前景展望 锂硫电池挑战和前景 Capacity of Li-ion battery 高孔率碳-硫复合正极材料 硫-聚噻吩复合正极材料 分级介孔碳-硫复合正极材料 KOH处理后，比较面积由368.5 m2 g-1（孔容0.56 cm3 g-1）提高到1566.1 m2 g-1 （孔容0.503 cm3 g-1 ），其中微孔表面积为962.4 m2 g-1 ，孔结构中出现了2-4 nm的中孔，原来的较大的中孔（7.3nm）略有增大 硫担量小于37.1 wt. %时，绝大部分的S吸附在微孔中，介孔的孔容变化不大 高度有序化介孔碳-硫复合材料 高度有序化介孔碳-硫复合材料 高度有序化介孔碳硫复合材料 硫-聚吡咯复合正极材料 Sn/C/CPGE/Li2S/C电池循环性能 锂硫电池正极的研究 Seminar II 报告内容 研究背景 高比能量电池的需求 锂硫电池基本原理 锂硫电池的优点及存在的问题 锂硫电池正极的研究进展 硫/碳材料复合电极 硫/导电聚合物复合电极 新结构体系中的正极材料 锂硫电池及其正极的展望 CO2排放 污染物排放 EV 零排放 续航能力有限 电池容量 能量密度 进一步提高 现有的锂离子电池受正极材料的限制，电池的能量密度很难有大的突破，而锂硫电池以S为正极，理论能量密度可达2600 Wh/kg。 另外，电子产品的飞速发展，对高能电池的需求也日益增长，开发高比能量电池具有很好的应用前景 Charge Discharge i ii iii Step i: Step ii: Step iii: Anode: Cathode: Yamin etal, J. Power Sources, 9 (1983) 281-287 Ji et al, J. Mater. Chem., 2010, 20, 9821-9826 锂硫电池 元素硫的导电性差 环境友好 电解液的稳定性 正极采用硫 成本低 高比能量 锂负极的枝晶问题 Sx2-的穿梭 循环容量衰减 自放电严重 活性物质利用率低 2600 Wh kg-1 1st cycle 50th cycle Ultilization of S: 1st cycle: 50% (710 mAh/g) 50th cycle :16% (230 mAh/g) S loss was seen clearly J. Electrochem. Soc., 151 (12) A2067-A2073 (2004) 各种材料的SEM图 Nano S MWCNT S/MWCNT S MWCNT采用浓HNO3处理增加表面官能团，提高硫与MWCNT的接触 采用溶剂交换法制备纳米硫和MWCNT担载纳米硫 纳米硫的粒径50-100 nm S/MWCNT中硫的粒径40 nm左右 Chen et al, Electrochimica Acta 55 (2010) 8062–8066 对MWCNT进行表面处理改善S与MWCNT的接触，进而提高复合材料中活性物质的利用率和提高导电性。 Nano S + AC S/MWCNT 1270mAh g-1 1150mAh g-1 900 mAh g-1 1380mAh g-1 1330mAh g-1 1210 mAh g-1 电池首循环放电曲线 a 100 mA g-1, b 200 mA g-1, c 300 mA g-1 S/MWCNT Nano S + AC 电池循环性能曲线 a 100 mA g-1, b 200 mA g-1, c 300 mA g-1 MWCNT担载硫复合材料为正极的电池初始性能和循环性能均优于纳米S和活性碳混合，而且显示更优的大电流放电性能。这是由于碳纳米管具有更好的导