微孔碳球的制备及其在锂硫电池中的应用文献综述

 2021-09-25 01:22:35

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1.1 锂硫电池(L-S)的概述1.1.1 前言锂离子二次电池因具有工作电压高能量密度大(重量轻)无记忆效应循环寿命长无污染等优点,近年来,已经成为各类电子产品的首选电源,但是随着移动互联网时代的来临电子设备小型化以及电动自行车电动汽车大型储能电站进入大规模发展和应用阶段,对锂离子二次电池提出了更高比容量的要求[1]。

在锂离子二次电池体系中,相对于负极材料(如石墨和硅负极材料的理论比容量分别为372 mAh g-1[2],4200 mAh g-1[3,4]),低比容量的正极材料(LiFePO4和LiCoO2理论比容量分别为170 mAh g-1[5,7],274mAh g-1[8]一直是制约其发展的主要因素因此,开发一种比容量高循环寿命长安全性能高的正极材料尤为重要 作为正极材料,单质硫具有最高的理论比容量(1675 mAh g-1),理论比能量为2600 Wh/kg,此外,单质硫还具有低毒性存储量大价格低廉等优势[9,11]因此,单质硫是一种非常具有应用前景的正极材料本文综述了近年来锂硫电池的研究进展,尤其是近两年来研究者提出的一些新思路和新方法 主要从正极材料电解液负极改进技术电池结构设计4个方面进行综述 分析了锂硫电池循环稳定性差库仑效率低硫利用率低的原因,期望对锂硫电池进一步的研究有所帮助。

1.1.2锂硫电池存在的问题第一、单质硫的电子导电性和离子导电性差,硫材料在室温下的电导率(5.010-30 S cm-1)[12],反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体,不利于电池的高倍率性能。

第二、为锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中,增加电解液的黏度,降低离子导电性。

多硫离子能在正负极之间迁移,导致活性物质损失和电能的浪费。

(Shuttle效应)。

溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极,与负极反应,破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。

第三、锂硫电池的最终放电产物Li2Sn(n=1~2)电子绝缘且不溶于电解液,沉积在导电骨架的表面;部分硫化锂脱离导电骨架,无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物,造成了容量的极大衰减。

第四、硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66 g cm-3,在充放电过程中有高达79%的体积膨胀/收缩,[13]这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变,导致硫与导电骨架的脱离,从而造成容量的衰减;这种体积效应在纽扣电池下不显著,但在大型电池中体积效应会放大,会产生显著的容量衰减,有可能导致电池的损坏,巨大的体积变化会破坏电极结构第五、锂硫电池使用金属锂作为负极,除了金属锂自身的高活性,金属锂负极在充放电过程会发生体积变化,并容易形成枝晶。

第六、锂硫电池实验室规模的研究开展较多,单位面积上硫载量一般都3.0 mg cm-2以下,开展高负载量极片的研究对于获得高性能锂硫电池具有重要价值。

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