2024年锂硫电池研究进展VIP免费

龙源期刊网http://www.qikan.com.cn锂硫电池研究进展作者:陈橙陈彦彬刘亚飞来源:《新材料产业》２0１6年第11期ＥSI高被引论文由汤森路透（ThoｍsonReuterｓ)根据ESI（EｓseｎｔiaｌSｃienceIndicators）基本科学指标数据库收录期刊根据引文数量统计的２2个学科的10年内被频繁引用,总被引次数与同年度，同学科发表论文相比排名位于全球前１%的论文。2０05-20１6年５月ＳＣI共收录1054篇锂硫电池论文，其中ESI高被引论文共１61篇,本文选择其中部分针对锂硫电池的正极材料加以评论。尤其是对一些能够提高能量密度、库伦效率以及循环和倍率性能的技术进行了详尽介绍,以期对其产业化之路进行指导。目前对高能量储能系统的需求越来越高,锂硫电池由于其理论能量密度（2567Ｗｈ/kg）远高于已商业化的锂离子电池受到广泛关注。硫储量丰富、无毒且价格低廉。硫(S）的电子电导率低,中间体多硫化物以及最终产物硫化锂（Lｉ2S)会影响硫的利用率和电池的倍率性能。由于硫(2.03g/cｍ３）和Li２Ｓ（１．66g／cm3)的密度不同,在充放电过程中出现的体积变化高达80%,会引起电极应力，破坏结构稳定性,最终导致容量衰减。此外，电解液中的高溶解性多硫化物会在正负极之间穿梭并且在正负极沉积固体Li2S２/Ｌi2S(穿梭效应)，从而造成Ｓ的不可逆损失导致库伦效率低、容量衰减快、高倍率性能差以及阻抗增加。近年来,各国学者将研究的重点集中在硫基正极复合材方向。主要为选取大比表面、高导电性的材料作为基底结构，采用物理和化学的方法将硫负载到该基底上，来改善硫基正极的导电性和容纳它的体积变化。一、碳材料复合硫正极材料碳作为最简单易得的大比表面、高导电性材料，将其作为基体和硫进行复合改性的研究最多,本节以碳基体的空间结构形式展开讨论。1.一维碳材料复合硫正极Zhao等[1]使用管中管结构作为硫正极的载体，使用分步实施步骤将多壁碳纳米管(MWNＴs）封装到中空多孔纳米管中。这种结构能增强电子电导率、抑制锂硫化物的溶解、为硫的浸入提供大量孔空间。具有71%硫含量的正极材料表现出高的可逆容量、循环性能和倍率性能。电流密度为50０ｍA/g时,放电容量高达９18mAh/g,50次循环后容量为６25mAh/g。Liaｎg等[２]通过合成管状聚吡咯（T－PPy)纤维作为锂硫电池正极材料的导电基体,提高了电导率。通过共加热过程将硫升华并与T-PPｙ结合,使得S以纳米尺寸均匀分布。Ｓ负载量和其固定程度对合成物的电化学性能影响很大，30%硫负载量，S/T－PPy复合物在８０次循环之后可逆容量仍能达到650mAh／g。Li等[3］在有机溶剂中通过混合溶剂过程制备了中空碳纳米纤维支持硫复合材料（HCＮＦ-Ｓ）作为锂硫电池的正极材料。由于中空结构和HCNF导电网络结构的作用，有助于分散Ｓ、吸收多硫化物并且抑制形成Ｌi2S层。其表现出优异的循环性能，其初始放电容量为１090mAh/ｇ，并且在1C倍率下循环１0０次之后的容量仍能保持600mAh/g。龙源期刊网http://www.qikan.com.cnYuan等［4］通过硫和MＷＣNＴ之间的毛细管作用制备了硫包覆多壁碳纳米管(S－Ｃｏaｔed-MWＣTs),其具有明显的核壳结构,MWCNT作为壳均匀的分布在硫基体上。在6０次循环之后放电比容量为670mAh/ｇ,与单纯的Ｓ正极材料添加MWCＮT电池相比,循环性能明显提升。２.二维碳材料复合硫正极为了把硫/锂硫化合物限制在正极侧并且在循环过程中高效重复利用以提高循环稳定性和倍率性能，Zhoｕ等[５］设计了独特的在石墨烯膜2侧有纯硫层的三明治结构。这种结构能提供快速的离子和电子扩散通道,还适应硫在锂化过程中的体积扩张。在１．5Ａ/g下循环300次,放电比容量达680mAh／ｇ，容量损失率仅为0.１％/循环,库伦效率保持在97%。与铝箔集流体和商业隔膜相比，其能够降低部件间的接触阻抗，降低电池质量,提升能量密度。Ｄｉng等[6］通过改性后的化学激活水热还原氧化石墨烯水凝胶制备出化学裁剪石墨烯纳米片固定硫。其倍率性能和循环性能都较高，在0.2C时可逆放电比容量为1３79mAｈ/ｇ。Lｉ等[7]设计和合成了一种由还原氧化石墨烯(RGＯ）包覆的碳-硫纳米复合物,起到了良好的固硫作用。热剥离石墨烯片(TG）比表面积大、孔体积大、导电率高、孔分布均匀，用来和Ｓ复合组...