化学改性碳在锂硫电池中的研究进展[001]
锂硫电池穿梭效应_化学吸附_催化_概述说明以及解释
锂硫电池穿梭效应 化学吸附 催化 概述说明以及解释
1. 引言
1.1 概述
锂硫电池作为一种具备高能量密度和安全性能的电池技术，被广泛研究和应用。然而，锂硫电池在实际使用中存在一个严重的问题，即穿梭效应。穿梭效应指的是锂离子在充放电过程中在正负极之间发生迁移，导致活性材料的损耗和不稳定性增加，从而影响了电池的循环寿命和能量效率。因此，研究如何解决锂硫电池中的穿梭效应问题成为当前锂硫电池领域关注的焦点。
1.2 文章结构
本文分为五个主要部分进行阐述和讨论。首先，在引言部分对锂硫电池穿梭效应进行了概述，并说明了文章的目的与结构。接下来，第二部分将详细介绍了锂硫电池穿梭效应的定义与基本原理，并分析了影响因素以及相关解决方案。第三部分将重点关注化学吸附，在介绍其概念与机制前，会先进行材料分类与性能评估的讨论，并进一步探讨化学吸附在锂硫电池中的应用研究进展。第四部分将讨论催化作用，包括催化反应原理与机制、催化剂选择及设计要点，以及锂硫电池中催化材料的性能优化方法。最后，在结论部分对已讨论内容进行总结，并展望未来研究方向和其重要意义。
1.3 目的 本文旨在全面概述锂硫电池穿梭效应、化学吸附和催化作用，并探索其在解决锂硫电池穿梭效应中的应用。通过系统分析锂硫电池穿梭效应的影响因素和解决方案，以及介绍化学吸附和催化作用的基本原理和应用进展，可以为更好地理解和改善锂硫电池的性能提供指导。此外，通过对未来研究方向的展望和重要意义的提示，有助于推动锂硫电池领域的发展并促进相关技术的创新。
2. 锂硫电池穿梭效应：
2.1 定义与基本原理：
锂硫电池是一种新型的高能量密度二次电池，其正极材料为硫，负极材料为锂或锂合金。在充放电过程中，由于硫的可溶解性和活性较高，导致在充放电循环中出现了所谓的“穿梭效应”。穿梭效应指的是硫等离子体在充放电过程中从正极经由电解液迁移到负极，并随之形成固态产物的现象。
锂离子电池磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究进展
第29卷第3期Vol29No3材料科学与工程学报JournalofMaterialsScience&Engineering总第131期Jun.2011
文章编号:16732812(2011)03046804
锂离子电池磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究进展
俞琛捷1,莫祥银1,康彩荣2,倪聪2,丁毅2
(1.南京师范大学分析测试中心&江苏省生物功能材料重点实验室,江苏南京210046;2.南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京210009)
摘要橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)由于安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、无环境
污染等优点被公认为是最具发展潜力的锂离子动力与储能电池正极材料。综述了近年来磷酸铁锂正极
材料在制备和改性方面的最新进展。在此基础上,提出了磷酸铁锂正极材料未来的主要研究和发展方
向。关键词锂离子电池;正极材料;磷酸铁锂;制备;改性
中图分类号:TB34文献标识码:A
ProgressinSynthesisandModificationofLiFePO4CathodeMaterialfor
LithiumIonRechargeableBatteries
YUChenjie1,MOXiangyin1,KANGCairong2,NICong2,DINGYi2
(1.NanjingNormalUniversity,AnalysisandTestingCenter&JiangsuKeyLaboratoryofBiofunctionalMaterials,Nanjing210046,China;2.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)
金属硫化物作为锂离子电池负极材料研究进展
文章编号:1001-9731(2020)12-12001-08
金属硫化物作为锂离子电池负极材料研究进展*
闵永刚1,2,陈妙玲1,黄兴文1,王凌志1,廖松义1,2,刘屹东1,2
(1.广东工业大学材料与能源学院,广州510006;
2.东莞华南设计创新院,广东东莞523808)
摘 要: 综述了通过多种合成/制备策略得到不同尺寸、不同形貌、不同维度的金属硫化物,以及其与石墨烯/碳
纳米管等复合材料,包括层状、三明治、中空核壳状及其混合结构等形式的金属硫化物/碳复合材料。应用于锂离
子电池负极时,金属硫化物复合材料表现出优异的电化学性能诸如高的放电容量、良好的倍率特性、循环稳定等。
此外,我们进一步展望了金属硫化物复合材料作为电池电极材料的应用和开发前景。
关键词: 金属硫化物;锂离子电池;负极材料;纳米结构;石墨烯;碳纳米管
中图分类号: TQ323.7;TM215.3文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.001
0 引 言
化石燃料的广泛使用既造成了能源危机又造成了
环境污染,寻找清洁能源替代化石燃料以降低对化石
燃料的依赖成了一大趋势,锂离子电池(LIBs)作为一
种靠锂离子在正负极间穿梭来工作的二次电池,是新
兴的洁净能源,凭借其较高的比容量、良好的工作稳定
性、较宽的工作温度区间等优点成为汽车电池的优先
选择之一[1]。
锂离子电池的总体性能主要由正极、负极材料决
定,正极材料提供锂离子,其容量制约着电池的总容
量,因此正极材料含锂量要高。而负极材料在充电过
程中不断地与锂离子发生反应,将锂离子从负极转移
到正极,亦将外部的功以能量的形式存储在电池中,对
正极材料性能的发挥有一定的影响作用,其与锂离子
的可逆反应能力亦决定着锂离子电池的储能效应,因
此锂离子电池性能的提高在一定程度上取决于对负极
材料性能的改善,而传统的商业锂离子电池负极材料
石墨因受其理论比容量低(372mAh·g-1)和嵌锂电
锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展
锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展
一、内容描述
通过调整石墨晶体的结构，可以有效地提高其作为锂离子电池负极材料的性能。通过施加高压等静压处理，可以减小石墨颗粒之间的嵌合程度，从而提高其电化学性能。利用化学气相沉积法（CVD）制备的石墨负极材料具有更加规整的表面形貌，有利于锂离子的嵌入和脱出。
表面修饰是一种有效的改性和优化石墨负极材料的方法。通过物理或化学手段，在石墨表面引入特定的官能团或纳米结构，可以提高其在锂离子电池中的稳定性。利用有机溶剂或水溶性聚合物对石墨进行包覆处理，可以有效防止石墨表面的锂枝晶生长，从而提高电池的安全性。
石墨负极材料的颗粒形貌对其电化学性能也有重要影响。通过控制石墨的成核、生长和集料过程，可以制备出具有一定形状、粒度和分布的石墨负极材料。特定形貌的石墨负极材料具有更高的比表面积和更低的锂离子扩散电阻，有利于提高电池的能量密度和功率密度。
石墨负极材料的组成对其性能也有一定的影响。通过添加其他元素或化合物，可以改善石墨负极材料的结构稳定性和电化学性能。在石墨中添加硅、锡等元素，可以增加石墨的理论嵌锂容量；添加硫、氮等元素，可以作为锂离子电池的电解质和吸附剂，提高电池的循环稳定性。
《锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展》将围绕石墨负极材料的结构改良、表面修饰、形貌调控和组成优化等方面进行深入探讨，以期推动锂离子电池技术的不断发展和应用领域的拓展。
1. 锂离子电池的发展历程
金属锂插层电池时代 (1970s1980s)： 在该阶段，研究人员开始关注锂插层化合物，例如LiMn2O4等，作为新一代蓄电池的可行性。这些早期的锂离子电池使用金属锂作为阳极，然而由于金属锂在充放电过程中会产生锂枝晶，导致电池循环性能较差，因此该方法并未实现大规模商业化应用。
锂离子动力电池的诞生 (1990s)：为解决金属锂插层电池存在的体积膨胀和锂枝晶问题，研究者们开始探索石墨类材料作为锂离子电池的负极。天然石墨因其出色的循环稳定性、高比容量和低成本成为首选的负极材料。在此基础上，锂离子动力电池逐渐走向产业化，并逐渐成为电动汽车的主要电源。
锂硫电池硫导电聚合物正极材料的研究进展
锂硫电池硫／导电聚合物正极材料的研究进展／俞栋等
141
锂硫电池硫／导电聚合物正极材料的研究进展。
俞栋，徐小虎，李宇洁，汪冬
冬，周小中
(西北师范大学化学化工学院，生态环境相关高分子材料教育部重点实验室，甘肃省高分子材料重点实验
室，兰州730070)
摘要
综述了锂硫电池硫／导电聚合物正极材料的研究进展。重点探讨了导电聚合物在硫基正极材料改性中 的制
备方法、结构设计，并对其中存在的问题进行了分析。最后对硫／导电聚合物正极材料的进一步发展及商业化应 用进
行了展望。
关键词
锂硫电池正极复合材料导电聚合物
中图分类号：TM912
文献标识码：A DOI：10．11896／j．issn
1005—023X
2014．23．029
Research
Progress of Sulfur／ConductiVe
PolymeI’s Cathode
Materials
fOr Lithi叫n／Sulfur
Batteries
YU
Dong，XU Xiaohu，LI Yujie，WANG
Dongdong，ZHOU Xiaozhong
(Key Laboratory of
Eco_Environment-Related Pol珊er
Materials
of Ministry of
Education，Key Laboratory of
P01)咖er
Materials of
Gansu
Province，College of Chemistry&Chemical
Engineering，
Northwest Nornlal
University，Lanzhou 730070)
A如sh‘act The
research
progress of sulfur／conductive
polymers cathode Imterials
for hthiurn／sulfur batteries is
surnmarized The structural
对锂硫电池研究进展的分析
对锂硫电池研究进展的分析
林义洋
【摘 要】锂硫电池具有理论能量密度高(2600 Wh/kg),环境友好,原材料成本较低等优势,具有很大的研究价值与利用价值,并在近年来受到学术界与工业界的广泛关注.本文对锂硫电池的工作原理及结构组成正负极材料、隔膜、电解液等进行了介绍,并分析当前锂硫电池存在的问题以及可能的解决方案,最后对其未来的研究发展和实用化进行了展望.
【期刊名称】《化工管理》
【年(卷),期】2017(000)022
【总页数】3页(P78-80)
【关键词】锂硫电池;硫正极;锂负极;隔膜;电解液
【作 者】林义洋
【作者单位】安徽大学化学化工学院, 安徽 合肥 230601
【正文语种】中 文
Abstract:Because of the advantages of high theoretical energy
density(2600 Wh/kg),environmentally friendly and low cost of raw material，
Lithium-sulfur battery has great research value and valuable,gaining
intense interest both from academe and industry in recent years.In this
paper,the working principle and structure of lithium sulfur battery are
introduced.The current problems and possible solutions of lithium-sulfur batteries are analyzed.Finally,the future research trend and practical
application are prospected.
锂硫电池概述
锂硫电池概述
锂硫电池（LSBs）是一种以硫为正极活性物质，金属锂为负极的新型二次电池。受益于硫相态变化的多电子反应，锂硫电池拥有高达1675mAhg-1和2600Whkg-1的理论比容量和比能量，相当于商用锂离子电池数倍，并且硫储量丰富、价格低、环境友好，因而锂硫电池被认为是极具开发潜力和应用前景的新一代二次电池技术。
一、锂硫电池的结构
锂硫电池主要由硫正极、锂负极、隔膜和电解质等组成。硫正极是由活性物质硫与导电剂及粘结剂等按照一定比例均匀混合制备而成；锂负极为普通商用锂片；正负极之间放置隔膜，隔膜材质为聚合物且具有多孔隙、不导电的特点，目的是选择性通过离子而隔绝电子；电解液为含硝酸锂的非水类电解液体系，为锂硫电池内部氧化还原反应提供液态环境。下图展示了锂硫电池的结构。
二、锂硫电池的储能机理 LSBs的工作原理是单质硫与锂离子之间发生的可逆氧化还原反应。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化锂，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。
图1.2为电池充放电过程单质硫的可逆转化示意图，其中放电时大致包括以下反应过程：
正极反应：
图1.2可以看出，放电曲线有两个较为明显的平台，分别位于2.4-2.1V和2.1-1.5V。放电前，正极活性硫的初始状态为环形分子（S8），放电开始后，S8分子发生开环反应并与锂离子结合生成Li2S8分子（式1-1），随着反应的进行，Li2S8进一步与锂离子结合生成长链多硫化锂Li2S6和Li2S4（式1-2和1-3），这一过程对应位于2.4-2.1V的第一放电平台；长链多硫化锂在有机电解液中溶解并在隔膜两侧扩散迁移，随着电化学反应的继续进行，长链多硫化锂在反应过程中得到电子被还原为短链多硫化锂（Li2S2和Li2S）（式1-4和1-5），这个反应过程在放电曲线中对应于第二个较长的平台（2.1-1.5V附近），这一过程贡献了LSBs大部分的理论容量，因此第二平台的反应深度很大程度上决定了LSBs的性能。
锂硫电池锂负极保护策略及研究进展
Advanced Materials Industry 46
透 视INSIGHT
锂硫电池锂负极保护策略及研究进展
■ 文/王恺雯 杨 坤 唐 琼 李 璐 张逸潇 合肥工业大学电子科学与应用物理学院
锂硫电池作为一种新型储能体
系，具有高比容量（1 675mAh/g）、高
能量密度（2 500Wh/kg）以及原材料
价格低廉、对环境友好等优势，研究其
在电动汽车、无人机、便携式电子设备
和智能电网等领域的应用具有重要
意义。但锂硫电池的产业化道路仍面
临重重阻碍,硫及其还原产物的绝缘
性、多硫化物的穿梭效应和锂枝晶等
严重影响了电池的性能。研究人员一
直以来致力于解决硫的分散和中间反
应物的穿梭，并已取得良好成效，但锂
金属负极存在的问题仍限制了锂硫电
池的长循环寿命。近年来，研究人员对
锂负极的保护日益重视，并进行了积
极广泛的探索，使锂硫电池的商业化
应用又向前迈进了一步。
1 锂负极面临的问题
锂是最轻的碱金属元素,也是
电势最低的电极材料，相对于标准
氢电极，锂的电势为-3.04V,具有
极强的还原性,几乎可与所有的电
解液发生反应。锂在电极表面的生
长受锂核与电极基底结合力的影
响，可分为2种模式，一种是表面式生长，另一种是根植式生长[1]。当锂
与基底结合力较强时，发生表面式
生长，即与电解液发生歧化反应生
成电解质界面膜层（SEI），SEI层于
1970年首先被发现[2]，并于1979年被
正式命名[3]。SEI层对离子导电，对电
子绝缘，因其生长不均匀，不能充分钝
化负极表面，导致锂持续与电解液发
生反应，不仅消耗电解液，而且降低电
池的库伦效率，并且较厚的SEI层阻
碍了离子的扩散和迁移。当锂与基底
结合力较弱时，发生根植式生长，锂负
极生成树枝状的锂枝晶。锂枝晶的生
长会使SEI层破裂，进一步消耗电解
液和锂负极，枝晶生长过长还将刺破
隔膜，造成电池短路，而枝晶若从基底
脱落，便成为“死锂”，降低电池循环效
率。此外，锂在沉积和剥离的过程中经
历大幅度的体积变化，会引发安全问
锂硫电池中硫化物电解质的设计及性能优化研究
锂硫电池中硫化物电解质的设计及性能优化研究
锂硫电池是一种发展速度非常迅猛的新型电池，具有较高的能量密度、较低的成本和较高的可循环性能，已经成为了下一代大容量电池的重要候选。其中，硫化物电解质是锂硫电池的关键部分之一，它直接影响着电池的性能和循环寿命。因此，设计和优化硫化物电解质成为了锂硫电池研究中的重要课题。
一、硫化物电解质的意义
锂硫电池是以硫为正极活性材料的电池，硫在电解液中被氧化成 Li2S，反应机制如下：
S + 2Li+ + 2e- → Li2S
其中，Li2S是一种硫化物，因此硫化物电解质在这种电池中起着至关重要的作用。硫化物电解质在锂硫电池中作为自由电子的载体，不仅保证了电池的良好导电性和电化学反应的进行，还能够防止锂枝晶的生成，使得电池具有更好的性能和循环寿命。
二、硫化物电解质的设计原则
设计合理的硫化物电解质能够大大提高锂硫电池的性能和循环寿命。目前，硫化物电解质一般采用有机溶剂或者离子液体作为溶质，其中有机溶剂常见的有二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、硫醚等，离子液体则具有导电性好、化学稳定性强等优点。不同种类的硫化物电解质具有不同的性能和适用范围，因此设计合理的硫化物电解质需要考虑以下几个方面：
1、导电性能：硫化物电解质应具有较高的离子导电性能和电荷传递性能，使得电池在工作过程中具有较好的电化学反应性能。 2、化学稳定性：硫化物电解质应具有良好的化学稳定性，能够承受较高的电压和反应过程中产生的化学物质，从而保证电池长期稳定运行。
3、储锂性能：硫化物电解质应能够与锂离子充分结合，并且在充放电过程中不发生溶解或者析出反应，从而使得电池具有更好的储锂性能和稳定性。
4、倒灌现象：硫化物电解质应能够防止倒灌现象的发生，即电池充电结束后，电解质内部硫化物溶液向负极扩散，导致电池短路或者其他故障的产生。
以上几个方面是设计硫化物电解质时需要考虑的关键因素，不同种类的硫化物电解质在这些方面都具有不同的性能和特点，需要选择合适的硫化物电解质进行研究和优化。
锂离子电池集流体功能化改性研究进展
锂离子电池集流体功能化改性研究进展
作者：贾亚峰，尚玉明，王莉，李建军，何向明
来源：《新材料产业》 2016年第7期
文/ 贾亚峰1,2 尚玉明2,3 王 莉2,3 李建军2 何向明2,3
1. 燕山大学
2. 清华大学核能与新能源技术研究院
3. 江苏华东锂电技术研究院
随着时代的发展，锂离子电池在应用市场上不断拓展。人们对电池的大功率充放电、高安全性以及较长使用寿命提出了更高的要求。集流体即锂离子电池中正负极所使用的箔材，自2010年以来，对集流体进行功能化涂层改性成为一种提高电池性能的有效途径。一些制造企业，如德国汉高集团（简称“德国汉高”）、日本昭和电工株式会社（简称“日本昭和电工”）、上海中兴派能能源科技有限公司（简称“上海中兴派能”）等企业开发出了涂炭铝箔，这些功能化改性的集流体在一定程度上改善了电池的性能。不同碳材料形成的功能化集流体对电池性能的提升程度也有所不同，本文将首先对集流体进行介绍，然后并对各种涂层功能化改性集流体的研究发展进行介绍，并进行简要评论。
一、集流体简介
锂离子电池中，集流体指的是电池正极或负极用于附着活性物质的基体金属。一般铝箔作为正极集流体，铜箔作为负极集流体。集流体与活性材料相接触，起到将活性材料产生的电流汇集，对外进行大电流输出的作用。由此可知，集流体和活性材料接触情况的优劣是影响电池充放电性能的重要因素。
锂离子电池正负极示意图见图1所示。电池正极组成：①正极集流体：铝箔；②正极物质：活性物质、导电剂、粘结剂；③正极极耳：铝带。电池负极组成：①负极集流体：铜箔；②负极物质：活性物质、粘结剂；③负极极耳：镍带。事实表明，集流体作为锂离子电池中的重要组成部分，对电池电化学性能的发挥有着重要的作用。
二、应用现状
1. 集流体类别
铝箔主要以轧制的方法制备而成，其分类方法主要是按照杂质种类及含量分类，锂电用铝箔主要有1系、3系和8系铝箔，分别是工业纯铝、铝锰系及铝与其他不常见元素。