锂硫电池研究进展

1、主要内容主要内容1课题背景课题背景及意义及意义1国内外研究现状国内外研究现状2目的内容及方案目的内容及方案3方案依据及已经取得的进展方案依据及已经取得的进展4课题背景及意义课题背景及意义2能量密度高能量密度高输出电压高输出电压高自放电率低自放电率低易携带易携带使用寿命长使用寿命长环境友好环境友好锂离子电池在强大的社会发展需求推动下在强大的社会发展需求推动下, ,锂二次电池技术不断向高能量锂二次电池技术不断向高能量密度、高功率密度、和长循环寿命等几个方向发展密度、高功率密度、和长循环寿命等几个方向发展课题背景及意义课题背景及意义目前己商品化的锂离子电池的能量密度已达目前己商品化的锂离子电池的能量

2、密度已达150-200 Wh/kg。但受到。但受到LiCoO2,LiMn204和和LiFeP04等等传统正极材料和碳负极材料自身理论容量的限制传统正极材料和碳负极材料自身理论容量的限制,很难进一步提升其能量密度。很难进一步提升其能量密度。34课题背景及意义课题背景及意义锂硫电池锂硫电池：成本低、环境友好、材料来源充足、理论比容量（1675 mAh g-1 ）和比能量（2500 Wh kg-1）大Li/S电池主要结构电池主要结构存在问题：存在问题：1、S的绝缘性。2、多硫化物溶解造成活性物质流失和Li负极的活性降低，从而导致循环寿命降低。3、S在放电过程中体积发生膨胀，使结构稳定性发生破坏。5课

3、题背景及意义课题背景及意义国内外研究现状国内外研究现状v1 多孔碳多孔碳( (提供导电骨架，限制多硫化物溶解提供导电骨架，限制多硫化物溶解) ) nazzer在在09年首先打破多年的技术瓶颈，通过纳年首先打破多年的技术瓶颈，通过纳米铸造法以米铸造法以SBA-15作为硬模板合成了作为硬模板合成了CMK-3。用用PEG包覆之后首次电容增加到包覆之后首次电容增加到1320mA h g-1。200圈循环之后稳定在圈循环之后稳定在1,100 mA h g-1。6除了热处理渗硫和化学方法渗硫以外，还有一种以除了热处理渗硫和化学方法渗硫以外，还有一种以H2S为为S源的方法：孙福很等先以氧化硅为模板包覆源的方

4、法：孙福很等先以氧化硅为模板包覆含氮的碳源，热处理后再刻蚀掉含氮的碳源，热处理后再刻蚀掉SiO2,得到富氮介孔碳，得到富氮介孔碳，在通入在通入H2S气体。气体。 1172 mAh g-1左右，左右，100圈后的可逆圈后的可逆容量为容量为 874 mAh g-1，库伦效率为，库伦效率为97%。国内外研究现状国内外研究现状7v 2核壳结构核壳结构(起到对多硫离子限域作用起到对多硫离子限域作用) 以石墨烯包覆以石墨烯包覆S颗粒：以聚乙二醇（颗粒：以聚乙二醇（PEG）修饰硫，然后修饰硫，然后用一种更加温和的负载了炭黑的用一种更加温和的负载了炭黑的GO包覆在其表面包覆在其表面，然后然后冷冻干燥。即得到正

5、极材料。冷冻干燥。即得到正极材料。100圈以后得到电容为圈以后得到电容为600以以上。上。未考虑到体积膨胀的问题未考虑到体积膨胀的问题国内外研究现状国内外研究现状8v 斯坦福大学以斯坦福大学以TiO2的先驱体包覆的先驱体包覆S粒子，然后水热处理后，粒子，然后水热处理后，得到得到TiO2/S的核壳结构，最后用甲苯溶解掉一部分的核壳结构，最后用甲苯溶解掉一部分S，得，得到下图的蛋黄壳结构。初始容量和到下图的蛋黄壳结构。初始容量和圈后的库伦效率是圈后的库伦效率是1,030 mAh g-1(0.5 C) 和和98.4%。需参加额外的导电剂需参加额外的导电剂国内外研究现状国内外研究现状9v3纳米线导电网

6、络纳米线导电网络也有以带孔的碳纳米线为载体合成的正极活性材料。也有以带孔的碳纳米线为载体合成的正极活性材料。具体方法是将溴化十六烷基三甲铵加入具体方法是将溴化十六烷基三甲铵加入HCl之后，再之后，再加入加入(NH4)2S2O8，搅拌，降温到，搅拌，降温到0-5度。形成吡咯单体度。形成吡咯单体纳米线。干燥后纳米线。干燥后600度热处理，然后用度热处理，然后用NaOH活化成活化成多孔状渗硫。在电流密度多孔状渗硫。在电流密度0.2C，180圈循环后比容量圈循环后比容量保持在保持在 749.8 mAh g1在高电流密度在高电流密度1 C循环循环200圈仍圈仍保持保持 666.0 mAh g1。国内外研

7、究现状国内外研究现状10v另外还有将纳米线外包覆聚苯胺，然后热处理得到氮另外还有将纳米线外包覆聚苯胺，然后热处理得到氮掺杂多孔碳包覆的纳米线，然后渗硫的正极材料初始掺杂多孔碳包覆的纳米线，然后渗硫的正极材料初始电容为电容为1170 mAh g-1，200圈后可逆容量为圈后可逆容量为590 mAh g-1（0.5 C）。）。合成方法繁琐不易控制循环寿命短合成方法繁琐不易控制循环寿命短国内外研究现状国内外研究现状11国内外研究现状国内外研究现状4 采用全固态结构电池采用全固态结构电池国内外研究现状国内外研究现状5 采用电化学控制的测试手段采用电化学控制的测试手段国内外研究现状国内外研究现状6 改进电池其他结构改进电池其他结构国内外研究现状国内外研究现状通过对这些文献的分析发现一个普遍的问题，就通过对这些文献的分析