發(fā)布時(shí)間：2020-11-05 00:32

　　 單質(zhì)硫在所有固體正極材料中具有最高的理論比容量(1675 mA h g~(-1)),是商業(yè)化的鋰離子電池正極材料的10倍左右,并且硫在自然界儲(chǔ)量豐富,來(lái)源廣泛,是一種無(wú)毒無(wú)害,安全廉價(jià)的材料;當(dāng)與金屬鋰負(fù)極組成鋰硫電池時(shí),具有高達(dá)2600 W h Kg~(-1)的理論能量密度,是傳統(tǒng)鋰離子電池的5倍多,在眾多新型儲(chǔ)能體系中具有非常大的應(yīng)用潛力。但是在實(shí)際的研究中,鋰硫電池存在的以下問(wèn)題限制了其在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用;(1)硫的電子絕緣性——單質(zhì)硫是一種電子絕緣體,其電子電導(dǎo)率低至5×10~(-30) S cm~(-1),導(dǎo)致硫正極的活性物質(zhì)利用率低;(2)多硫化鋰的溶解——正極電化學(xué)反應(yīng)形成的中間體多聚多硫化鋰容易溶解在有機(jī)電解液中并遷移至負(fù)極與鋰反應(yīng),降低電池充放電效率;(3)體積應(yīng)變——電池循環(huán)時(shí)體積反復(fù)的膨脹與收縮使電極結(jié)構(gòu)遭到破壞,造成不可逆的容量損失。此外,有機(jī)電解液本身易燃易揮發(fā),在發(fā)生短路、漏液、過(guò)充、熱失控等情況下可能會(huì)引起電池燃燒甚至爆炸的危險(xiǎn),造成嚴(yán)重的安全事故。本文針對(duì)以上問(wèn)題,設(shè)計(jì)了同主族元素Se/Te摻雜改性的硫化聚丙烯腈(S@pPAN)正極材料,組裝全固態(tài)電池;結(jié)果表明,Se/Te的摻雜能夠提高材料的電子電導(dǎo)率與鋰離子擴(kuò)散系數(shù),相同條件下,Se_(0.05)S_(0.95)@pPAN的電導(dǎo)率從6.74×10~(-9) S cm~(-1),S@pPAN的電子電導(dǎo)率為3.49×10~(-9) S cm~(-1)同時(shí)貢獻(xiàn)容量;在0.38 mg cm~(-2)的硫載量下,Se_(0.05)S_(0.95)@pPAN正極在0.1C下容量達(dá)到1200 mA h g~(-1);當(dāng)載量為1 mg cm~(-2)時(shí),正極容量大于800 mA h g~(-1),并且在150次循環(huán)后保持81%的初始容量。此外,還研究了通過(guò)正極材料表面修飾來(lái)改善電極-電解質(zhì)界面,在電極表面包覆一層固態(tài)鋰快離子導(dǎo)體后,電池倍率、循環(huán)穩(wěn)定性顯著提高,在1C倍率下具有超過(guò)600 mA h g~(-1)的容量。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM912;TB302
【部分圖文】：

電池概述展世紀(jì) 60 年代被提出并開始研究，正負(fù)極分別具有很高的理論比容量(Li-3860 mAh g-1, SWh kg-1)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)下商業(yè)化的鋰離子電使到了 20 世紀(jì) 80 年代，鋰硫電池在性能上ony 公司開發(fā)的石墨負(fù)極材料首次用在鋰二開發(fā)的 LiCoO2成功實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池在便入到了鋰離子電池的開發(fā)中，鋰硫電池的研現(xiàn)到現(xiàn)在經(jīng)過(guò) 20 多年的發(fā)展后，能量密度尋找其他的儲(chǔ)能手段來(lái)突破能量密度上的局的有機(jī)硫聚合物正極的使用[8, 9]，到有機(jī)電

發(fā)現(xiàn)自 2009 開始，關(guān)于鋰硫電池的研究報(bào)道急速增長(zhǎng)，成為之一。隨著研究的深入，鋰硫電池的性能得到很大的提高，通過(guò)調(diào)各種碳材料及碳硫復(fù)合物、粘結(jié)劑以及電解液添加劑等方法，在低電容量已經(jīng)能夠接近理論容量。美國(guó) Sion Power 公司以及鋰硫電ergy 認(rèn)為將來(lái)鋰硫電池實(shí)際能量密度將達(dá)到 400-600 Wh kg-1，能夠 500 公里的連續(xù)行駛里程[19]。硫電池的工作原理電池的結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極、電解液和隔膜。正極主要由單質(zhì)硫或負(fù)極使用金屬鋰，電解液通常使用醚類電解液(DME+DOL1:1V/V)E 或其他高分子聚合物材料。鋰硫電池的充放電過(guò)程與鋰離子電池不參與反應(yīng)的電化學(xué)過(guò)程，能量的存儲(chǔ)與釋放通過(guò)S-S 鍵的生成與斷裂的充放電電壓曲線如圖 1.2 所示。

ummmer 等提出將 Na 快離子導(dǎo)體 β-Al2O3用在 Na-S 電池當(dāng)中[27]�，F(xiàn)在，固態(tài)電取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，多種室溫下高離子電導(dǎo)率的固態(tài)快離子導(dǎo)體相繼報(bào)道出來(lái)，導(dǎo)率已經(jīng)與有機(jī)電解液相媲美。用固態(tài)電解質(zhì)取代有機(jī)電解液可以完美解決多硫溶解的問(wèn)題，而且避免有機(jī)電解液帶來(lái)的安全問(wèn)題。在負(fù)極側(cè)，固態(tài)電解質(zhì)較高械強(qiáng)度能夠抑制金屬鋰的枝晶生長(zhǎng)，并且，固態(tài)電解質(zhì)中只有陽(yáng)離子的遷移，其遷移系數(shù)≈1，有利于鋰離子在金屬鋰表面的均勻沉積。已報(bào)道的多種氧化物以化物固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的電化學(xué)穩(wěn)定性，寬的電化學(xué)窗口，可以匹配金屬鋰以及高電壓正極材料，為高能量密度電池體系提供一種選擇方案。全固態(tài)鋰硫電池的反應(yīng)機(jī)理與相應(yīng)的使用有機(jī)溶劑的液態(tài)體系是相似的；結(jié)構(gòu)態(tài)電池中，電解質(zhì)在傳輸離子的同時(shí)將正負(fù)極隔開，充當(dāng)液態(tài)體系中的隔膜組液態(tài)與固態(tài)體系中的基本結(jié)構(gòu)如圖 1.3 所示。典型的體型全固態(tài)鋰硫電池主要分
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本文編號(hào)：2870839