高能量密度、长循环寿命锂硫二次电池正极材料的研究基本信息

中文名 高能量密度、长循环寿命锂硫二次电池正极材料的研究 项目类别 青年科学基金项目
项目负责人 曲群婷 依托单位 苏州大学

锂硫二次电池由于其极高的理论能量密度(2600Wh/kg)成为近几年来国内外先进化学电源的重要研发方向之一。然而,单质硫及其放电产物的低电子电导率以及硫电极放电中间产物长链多硫化锂的溶解阻碍了锂硫二次电池的发展和应用。该项目主要是通过制备具有较高电导率的金属氧化物或聚合物与硫的复合正极材料,来提高硫基活性材料的利用效率并抑制多硫化物的溶解。所取得的主要研究结果有以下几部分内容:(1)制备了具有优良电导率的介孔结构的MoO2,通过熔融法填充硫单质后,发现MoO2的氧化骨架与硫之间能够形成较强的S-O键合作用,从而有效抑制多硫化物从正极的溶解,同时MoO2的介孔结构和高电导率有利于电子和锂离子传输,使得MoO2/S复合物在作为锂硫二次电池正极材料使用时,显示出极好的充放电可逆性、循环稳定性和高功率性能;(2)分别制备了中空微球结构Fe3O4/硫和核壳结构硫@聚吡咯两种二元复合正极材料,借助于Fe3O4和聚吡咯优良的电子电导率及其作为外层包覆壳的保护作用,复合材料具有较好的充放电性能;(3)分别制备了硫/微孔碳十二面体@TiO2和多级核壳结构的硫@FeOOH@氧化石墨烯两种三元复合正极材料,发现对硫正极的过度保护并不能使充放电性能提高,反而会适得其反,导致电池难于进行可逆的充放电循环;(4)通过对硫电极进行多种方式的保护,研究了硫正极过保护的作用机制。发现在碳/硫复合正极和碳纸夹层双重保护下,电池在首次放电中硫单质完全转变为Li2S,多硫化物的溶解被完全抑制,电池难于进行可以有效的充放电。而完全未被保护的纯硫电极会产生多硫化物的过度溶解和严重的穿梭效应,电池容量在长期循环中快速衰减。在碳纸夹层单一保护下的硫电极,显示出极好的充放电性能,可逆容量高达1380 mAh g-1,在100次循环后容量仍保持有1070 mAh g-1,说明对硫电极的适度保护也即多硫化物的适度溶解是锂硫二次电池可逆循环的先决条件。该项目的实施,不仅论证了借助于金属氧化物的氧化骨架与硫之间较强的S-O键合作用抑制多硫化物溶解的可行性,而且发现高导电率的氧化物基体有助于提高硫基正极材料的高倍率性能,显示出导电金属氧化物在锂硫二次电池中有着较好的应用前景。此外,该项目的研究结果对硫正极的保护机制提供了一种全新的解释,对锂硫二次电池性能的进一步优化具有重要的理论和实践指导作用。

高能量密度、长循环寿命锂硫二次电池正极材料的研究造价信息

市场价 信息价 询价
材料名称 规格/型号 市场价
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行情 品牌 单位 税率 供应商 报价日期
UPS蓄电池 12V150AH 查看价格 查看价格

联科

13% 山东科普电源系统有限公司
UPS蓄电池 型号:12V100AH参数:输出压:12V额定容量:100AH 查看价格 查看价格

联科

13% 山东科普电源系统有限公司
电池 12V/24AH 查看价格 查看价格

13% 四川久远智能监控有限责任公司(湖州市厂商期刊)
电池 12V 4ah TR12-4 查看价格 查看价格

爱弗

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电池 12V/4AH 查看价格 查看价格

13% 深圳市泰和安科技有限公司
电池 12V/7AH 查看价格 查看价格

13% 深圳市泰和安科技有限公司
电池 BT-12M24AT (12V/24AH) 查看价格 查看价格

13% 深圳市泰和安科技有限公司
材料名称 规格/型号 除税
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行情 品牌 单位 税率 地区/时间
电池 7Ah12V 查看价格 查看价格

云浮市2012年2季度信息价
电池 10Ah12V 查看价格 查看价格

云浮市2012年2季度信息价
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云浮市2012年2季度信息价
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电池 10Ah12V 查看价格 查看价格

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材料名称 规格/需求量 报价数 最新报价
(元)
供应商 报价地区 最新报价时间
二次循环 Q=24m3/h,H=10m,N=1.5KW 共两台,一用一备|4套 2 查看价格 荏原机械(中国)有限公司 广东   2022-05-09
二次循环 Q=0.5m3/h,H=10m,N=0.75kw|2套 1 查看价格 广州全一泵业有限公司 广东   2021-09-09
二次循环 Q=4.5M3/h,H=16m, N=0.55kw 工频|2台 1 查看价格 广州市新谆贸易有限公司 天津  天津市 2014-05-06
二次辅材 (含端子、标件等)|1套 3 查看价格 江苏特种变压器有限公司 四川  达州市 2019-07-09
二次辅材 (含端子、标件等)|1套 3 查看价格 江苏特种变压器有限公司 四川  达州市 2019-07-09
二次线 BVR 2.5|400米 1 查看价格 中建普联 四川  成都市 2016-10-20
二次开发模块 SDK二次开发包|1.0套 1 查看价格 广州东望电子科技有限公司    2016-12-21
二次线 BVR 2.5|100米 1 查看价格 中建普联 四川  成都市 2016-10-20

锂硫二次电池具有理论能量密度高(2600Wh/kg)、成本低廉、环境友好、自然资源丰富、安全性好等突出优点,成为近几年来国内外先进化学电源发展的重要方向之一。然而,单质硫及其放电产物的低电子电导率、硫电极放电中间产物长链多硫化锂的溶解、充放电过程中较大的体积形变等缺点限制了锂硫二次电池的发展和应用。本项目拟制备多种多孔结构的过渡金属氧化物骨架来填充硫单质,希望利用氧化骨架与多硫化物之间的键合作用来抑制多硫化物的溶解和提高电极材料的稳定性,并优先选用一些在硫电极的工作电压范围内具有一定锂离子传输和储存能力、电子导电能力较高的过渡金属氧化物(如Fe3O4、MoO2、LixMoO3和AgV2O5等)来填充硫单质,从而改善锂离子在硫基材料中的迁移,提高电极材料整体的利用效率和能量密度。此工作的开展,可拓宽改善硫基正极材料电化学性能的途径和方法,提高实现锂硫二次电池应用的可能性。

高能量密度、长循环寿命锂硫二次电池正极材料的研究常见问题

  • 锂离子二次电池和离子电池的区别是什么?

    1、从结构上看,二次电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化,而一次电池内部则简单得多,因为它不需要调节这些可逆性变化。 2、一次电池的质量比容量和体积比容量均大于普通充电电池,但内阻远比二次电池大...

  • 锂硫电池工作原理谁能介绍下?

    锂硫电池以硫为正极反应物质,以锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子,正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物,正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下,锂硫电池的...

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    现在最好的锂离子蓄电池能量密度是200vAH/kg。能量密度是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。单位体积内的包含的能量,单位:焦耳/立方米,千焦/立方米,兆焦/立方米,量纲M(L^-1)(T^...

高能量密度、长循环寿命锂硫二次电池正极材料的研究文献

高能量密度锂离子电池电极材料研究进展 高能量密度锂离子电池电极材料研究进展

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高能量密度的电极活性材料是提高电芯能量密度的关键。提高锂离子电池能量密度的途径主要包括开发高比容量正负极材料和高放电电压平台正极材料。本研究综述了几种典型的具有高能量密度锂离子电池正、负极材料的最新研究进展,包括多电子反应、富锂、聚阴离子和镍锰酸锂正极材料以及硬碳、硅基和锡基负极材料,介绍了各种材料的特点和电化学性能,重点阐述了制备这些材料的典型方法和进展,并展望了高能量密度锂离子电池的发展方向和应用前景。

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锂离子二次电池炭负极材料的插锂机理 锂离子二次电池炭负极材料的插锂机理

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综述了有关锂离子二次电池炭负极材料插锂行为的报道,由于各种炭负极材料的结构性能不同,表现在插锂行为上存在很大差异。这些插锂机理主要有:经典的石墨层间插入式化合物的插锂机理、多层锂机理、层—边端—表面储锂机理、碳—锂—氢机理、微孔储锂机理、锂分子Li_2的形成机理及其他插锂机理。

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目前,基于镍和钴氧化物正极材料的比容量低(小于250 mAh g-1), 同时镍和钴资源紧缺,环境毒性较大,因此传统的商业化锂离子电池存在能量密度低、成本高和环境毒性大等缺点。新一代低毒、低成本、长寿命、高容量和高能量密度型锂离子电池及其关键材料的研发一直是发展电化学储能和纳米能源材料的重要方向。近些年,低成本和大容量的元素硫正极(理论比容量1675mAh g-1)得到了学术界和产业界的广泛关注,锂硫电池成为电化学储能中的研究热点。然而,锂硫电池存在众多科学难题。如多硫化锂的溶解和穿梭,造成了循环过程中活性物质的流失,也在不间断的消耗有机电解液;另外金属锂负极目前也限制了锂硫电池的发展和应用。近五年,研究人员在克服这一类材料循环过程中活性物质溶解与穿梭,以及电极界面SEI等科学难题上取得了一系列创新性的学术成果。大多数工作集中在锂-硫电池正极材料/电极的微-纳结构的构筑,主要采用复杂的多孔碳(掺杂修饰),纳米金属硫化物、氧化物、氮化物和氢氧化物等作为载体,从而更加有效的克服循环过程中多硫化锂的溶解与穿梭。然而大多数上述提及的方法都或多或少存在缺陷,不能同时达到合成设计精简、性能理想、环境友好且经济成本低廉。电解液的设计与开发也是解决锂硫电池中的科学难题的一种思路,如新型有机锂盐,新型添加剂和固态电解质等。

近期,中国科学技术大学余彦教授与德国马普固体所吴飞翔博士提出了一种新型的锂硫电池正极材料,具有成本低廉和性能优越等优点。作者采用了一种超级廉价的柠檬烯(柠檬、柚子和橘子皮提取物)与元素硫粉一步热反应得到有机柠檬硫正极材料。该合成反应具有产量大,快速简单和成本低廉等特点,同时高效利用了柠檬果皮等环境废弃物。另外,柠檬-硫材料继承了元素硫低熔点的特性,它能够与各种多孔载体复合,包括自支撑电极,具有很好的普适性。电化学测试结果表明,该柠檬-硫正极材料表现出了优越的电化学性能,0.1C倍率下首次放电比容量高达1454mAh g-1, 首次库仑效率达到98%。0.5C倍率下循环放电比容量接近1000mAh g-1,300次循环后比容量保持率为98%,平均单次循环容量损失率为0.008%,库仑效率接近99.9%。为了进一步揭示柠檬-硫电化学性能优越的原因,作者深入挖掘了循环过程中材料的相变和微观结构演变。实验发现有机柠檬硫在首次循环后会不可逆转变为有机骨架和元素硫,纳米硫粒子均匀镶嵌在有机骨架中。在后续的循环过程中有机骨架对新相纳米硫粒子进行了有效的保护,阻止了活性纳米硫粒子(或硫化锂粒子)的溶解与穿梭效应,该自保护作用实现了柠檬-硫正极材料的长循环。

该研究工作强调了柠檬-硫是一种新型的,低成本和环境友好的锂硫电池正极材料,同时材料本身在循环过程中自形成的保护结构,克服了柠檬-硫正极材料中活性材料的溶解与穿梭,从而实现了高性能锂硫电池的构筑。

相关工作发表在 Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201706643)上。

近日,中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部张华民研究员、李先锋研究员、张洪章副研究员团队提出一种含大体积阳离子的锂硫电池电解液,并证实其能够有效提高多硫化物稳定性,延长锂硫电池的循环寿命。该相关研究成果发表在Advanced Functional Materials (DOI:10.1002/adfm.201704987) 上。

锂硫电池具有能量密度高、成本低、环境友好的优势,是国际储能领域的研究热点之一。然而,由于锂硫电池存在多硫化锂飞梭、多硫化锂歧化、电解液分解、金属锂枝晶粉化等问题,导致其循环寿命短,尚未满足大规模产业化发展的要求。该研究团队针对多硫化锂歧化的问题,基于“软硬酸碱理论”,通过在电解液引入大体积阳离子来络合多硫根离子,有效提高了多硫化锂在电解液中的稳定性。采用该电解液组装的5000 mAh锂硫电池器件的比能量可达300 Wh/kg,且稳定循环100次以上,容量保持率约70%。该工作为提高锂硫电池的循环寿命提供了新思路和新策略。

上述研究工作得到国家自然科学基金委、教育部能源材料化学协同创新中心(iChEM)、中科院青年创新促进会等项目的资助。

(来源:中国科学院大连化学物理研究所)

本项目致力于从器件角度出发构建具有高能量密度、长循环寿命的柔性锂硫电池。项目首先发展了微观和宏观织构可控的低成本石墨烯制备及功能化调控技术,研究了三明治结构柔性硫正极、石墨烯基硅负极的不同制备工艺对电极结构和电化学性能的影响;深入研究了柔性硫正极、石墨烯基硅负极以及不同电解液体系对锂硫电池电化学性能特别是循环稳定性的影响,探讨了硫正极、硅负极及电解液与多硫化物之间的作用机制;优化石墨烯基柔性硅负极的预锂化工艺以及研究了不同工艺对硅负极结构及电化学性能的影响;最终设计和组装了柔性锂硫电池,探索并优化器件组装和制备工艺,得到具有高能量密度、长循环寿命的新型柔性锂硫电池。项目的实施将为石墨烯基材料的功能化设计、电极的可控构建提供思路和必要的科学基础;同时本项目将在保证正负极高倍率、长循环性能的基础上,优化锂硫电池各部分的匹配关系,最终促进柔性锂硫电池的广泛应用,推动锂硫电池的产业化和规模化。

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