锂硫电池进展.ppt

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1、锂硫电池的研究现状分析锂离子电池不足锂离子电池不足锂电池应用锂离子电池不足动力电池发展现状化学体系负极/正极理论容量Ah/kg实际容量Ah/kg电位vsLi+/Li开路电压氧化钴锂(Sanyo，Samsung等)LiC6/LiCoO2370/~295<300/160+100mV/3.9V3.9V镍基材料（JohnsonControl,Salt）LiC6/LiNixCoyAlz370/~300<300/~180100mV/3.6V3.6V尖晶石结构氧化锰锂（LGChem）LiC6/LiMn2O4370/148<300/~

2、120100mV/3.8V3.8V钛酸锂（Enerdel，Toshiba）Li4Ti5O12/LiMnO2233/148~170/1201.5V/3.9V2.4V磷酸亚铁锂（A123）LiC6/LiFePO4370/178<300/160100mV/3.3V3.3V锂硫电池锂硫电池2010年7月，SionPower的锂硫电池则应用于美国无人驾驶飞机动力源，表现引人注目，无人机白天靠太阳能电池充电，晚上放电提供动力，创造了连续飞行14天的纪录锂硫电池的不足锂支晶：锂的电化学沉积速率(i0=~8*10-4A/cm2)远大于

3、锂离子的扩散传输速率(D=~4×10-6cm2·s-1),故锂电极受扩散控制，特征表现为产生锂支晶不稳定的SEI膜：在锂硫电池中，多硫化物与锂产生SEI膜，由于反应复杂性，SEI膜不稳定，影响了锂电极的稳定性能。硫化物阴离子不仅可与溶解硫或短链聚硫离子反应生成易溶性多硫化物，也可发生电化学还原生成Li2S沉淀（2Li+Li2Sx→Li2Sx–1+Li2S↓），而Li2S沉淀又可能与溶液中聚硫离子生成多硫化物（Li2S+2Li2Sx→Li2Sx–1+Li2Sx+1）体积变化较大：硫的密度(2.03g/cm3)较Li2S(

4、1.67g/cm3)高出约20%，充放电过程中产生收缩与膨胀穿梭效应：正极的中间产物长链聚硫离子溶解扩散至负极，在负极表面还原生成短链聚硫离子，后者又扩散至正极，在充电时被氧化成长链聚硫离子，这个过程消耗了充放电电量，限制了锂硫两极的电化学效率。电位较低硫是绝缘体锂硫电池改性研究金属二元硫化物-NiS正极：NiS（球磨法）负极：Li电解液：PEO温度：80oC电压：1.5V理论特性容量：590mAh/g第一圈特性容量为580mAh/g,200圈后特此保留93%，放电时的正极反应JournalofAlloysandCom

5、pounds361(2003)247–251金属硫化物总结：其他金属硫化物的研究有MoS2、MoS3、Li2S、MnS2、V2S2等，一度曾经商业化，但是由于安全问题和功率密度较低和电活性和利用率较低等问题而受限制有机二硫化物硫聚合物—聚丙烯腈(PAN)正极：PAN与S高温共混负极：Li性能：第二圈放电520mAh/g，240圈后为480mAh/gJournalofElectroanalyticalChemistry573(2004)121–128硫聚合物—聚吡咯(PPy)正极：S/tubularPpy+乙炔黑+PEO

6、电解液：1 MLiCF3SO3/TEGDME性能：首圈循环容量1153mAh/g，80圈后650mAh/gJournalofPowerSources196(2011)6951–6955硫聚合物—聚(吡咯-苯胺)共聚物(PPyA)正极：S/PPyA：乙炔黑：LA123(粘结剂)=70:20:10(wt%)电解液：1MLiCF3SO3/(DOL:DME=1:1volume)性能：首次放电容量1285mAh/g，40圈后放电容量为860mAh/gElectrochimicaActa55(2010)4632–4636硫聚合物—

7、聚苯胺(PAn)容量高，0.1C放电倍率下100圈后容量为837mAh/g高倍率循环性能好，500圈放电容量比较稳定硫/纳米金属氧化物InternationalJournalofHydrogenEnergy34(2009)1556-1559正极：S/V2O5活性材料：SuperP：Mg0.8Cu0.2O：PVDF=50:30:10:10(wt%)电解液：1molL1LiPF6/EC:DMC:EMC(1:1:1,byvolume)性能：首次放电容量545mAh/g,30圈后422mAh/g(77.5%)硫碳复合材料——优

8、势硫碳复合材料——碳纳米管正极：硫掺杂多壁碳纳米管(S-coated-MWCNTs)性能：60次循环后仍具有670mAh/g的容量JournalofPowerSources189(2009)1141–1146S-coated-MWCNTs不足：碳纳米管的表面积低于350m2/g，孔隙容量不足0.5cm3/g，限制了硫元素的有效质量