隨著世界科技迅速發(fā)展,便攜式的電子設備在全球范圍內普及使用。大部分的便攜式電子產品以鋰離子電池作為電源來提供能量。但是鋰離子電池的能量密度較低,不能滿足電動汽車和國家電網等大規(guī)模儲能設備和需要長時間能源供給的無人機等設備的要求。如何為這些電子設備提供足夠的能源,是一個極其重要的問題。因此,研發(fā)一種體積小,質量輕,具有高的能量密度以及較長的循環(huán)壽命的電池顯得尤為重要。在眾多可充電的電池中,鋰硫電池有著較高的理論能量密度。從理論計算的角度來看,鋰硫電池可以滿足未來一段時間內大部分電子設備的能源供給。但是實際使用中,鋰硫電池存在著兩個突出性問題:一個問題在于負極形成的鋰枝晶,會刺破隔膜或斷裂變成死鋰,從而導致電池發(fā)生短路、循環(huán)壽命減少等問題;另一個問題是正極放電時優(yōu)先生成多硫化物,而多硫化物會溶解到電解液產生穿梭現象,致使電池產生能量密度減少、負極鈍化等問題。因此,為了可以進行的商業(yè)化的使用,鋰硫電池必須要迫切地將這兩個問題解決。本論文主要是從電解質角度來研究,通過設計不同結構二氧化鈦與離子液體共同構建準固態(tài)電解質,從而解決上述兩個問題。鋰硫電池性能隨之得到進一步提升。研究內容主要分為兩個部... 

【文章來源】：浙江師范大學浙江省

【文章頁數】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同類型電池體積和質量的理論能量密度數據比較

31.2鋰硫電池1.2.1鋰硫電池簡述硫（S）在自然界中存儲量十分豐富，并且毒害性較小，主要以斜方硫的狀態(tài)（常溫條件下）存在于火山等位置[16]。硫具有多電子的電化學能力[17]。硫的理論比容量高達1675mAh·g-1[18]。鋰硫電池的能量密度可達到2600W·kg-1[15,19]。同時，S具有成本低、存儲量多、容易在地殼中獲得等優(yōu)勢。因此，鋰硫電池一種是兼具市場優(yōu)勢和使用價值的新型儲能設備。1.2.2鋰硫電池的反應機理鋰硫電池通過Li+的遷移和S-S鍵的裂分/鍵合來進行充放電全過程。在電池放電時，Li失去電子形成Li+，Li+由鋰極經由電解液遷往硫極處。單質S得到電子后，S-S鍵開始斷裂，與Li+鍵合得到Li2S；在充電過程中，Li2S被電解，形成Li+和S2-。Li+遷回負極后，被還原成Li。Li沉積在負極表面。S2-被氧化成S，沉積在正極的導電材料中。其反應方程式：S+LLi2SΔG=-425KJmol-1(1.1)圖1.2Li-S電池的充電/放電原理圖[9]Figure1.2SchematicdiagramofaLi-Scellwithitscharge/dischargeOperations[9]盡管書面反應式看起來十分簡單，但是在實際的充電/放電過程中卻是復雜過程。第一章緒論

4硫分子的還原是進行著多步電化學反應。硫會逐步被還原成多種多硫化鋰，如Li2S8、Li2S6、Li2S4等。在鋰硫電池放電階段中，硫以兩個相變的多電子傳遞步驟為主。因此，鋰硫電池是雙平臺放電機制:（1）一個是高電壓放電平臺，位置在2.4V左右。S8得到電子后斷裂，與Li+鍵合成各種不同的多硫化鋰（Li2Sx，4≤X≤8）。第一個的平臺的反應方程式可以簡化被成為（1.2），對應的Nernest方程為（1.3）：S8(l)0+4e2S42(1.2)EH=EHθ+RTnHFln[S8(l)0][S42]2(1.3)（2）另一個是低電壓放電平臺，位置在2.1V左右。高價態(tài)的多硫化鋰（Li2Sx，4≤X≤8）進一步被還原成低價態(tài)的多硫化鋰（Li2Sx,1≤X≤4）。低電壓的放電平臺比高電壓放電平臺提供更多的能量。這個平臺的反應方程式可以被簡化成為（1.4），對應的Nernest方程為（1.5）：S42-+4e2S2(1.4)EH=EHθ+RTnHFln[S42-][S2]2(1.5)圖1.3硫的變化過程[21]Figure1.3Changeprocessofsulfur[21]第一章緒論


本文編號：3609721