锂硫电池简介及其复合隔膜研究进展.ppt

1、锂硫电池简介及其复合隔膜研究进展,主要内容,主要内容,电池,价格,高能量密度,环境友好,安全,寿命,大功率放电,不同电池体系能量密度对比,图 a：不同种类二次电池能量密度对比 图 b：不同种类锂基电池能量密度对比,主要内容,锂硫电池工作原理示意图,锂硫电池简介,以硫-硫键的断裂和生成来实现电能与化学能的相互转换,优势与面临的挑战,1.相对较高的能量密度 2. 单质硫储量丰富、价格低廉、环境友好。,1.循环寿命差 2.库伦效率低,1. 硫的电导率仅为510-30 S/cm ，制约了反应时电子的转移速率，增加了电化学极化，降低了硫的利用率。 2.多硫化锂溶于电解液，会造成硫的损失，导致电池容量的衰

2、减。 3.形成“穿梭效应”，降低体系的库伦效率。 4.在充放电循环过程中，金属锂与电解液之间的界面层不稳定造成的诸如锂枝晶生长问题，加剧了电池的安全隐患。,研究队伍,国际：美国的Sion Power公司和Poly Plus公司、英国的Oxis公司、德国的BASF、韩国三星、日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）、欧盟“2020地平线计划”、美国能源部。美国斯坦福大学、加拿大滑铁卢大学、美国德克萨斯大学奥斯汀分校等。 国内：我国的“973计划”、“863计划”、中国科学院纳米先导专项、防化研究院、清华大学 、中科院物理研究所、中科院化学研究所 、中科院大连化物所等。,主要内容,我们可以做什么

3、？,Li-S电池隔膜的基本要求,热、化学和电化学稳定性,机械性能,飞温闭孔,阻硫性能,1.吸附-脱附原理 2.电荷排斥原理 3.晶格选择性传导原理 4.孔径筛分原理,复合隔膜修饰材料的种类,碳材料修饰,聚合物修饰,复合材料修饰,无机物修饰,碳材料修饰 导电炭黑 Super P,拦截 集流体，方便电子快速传输 重新激活活性物质 降低自放电效应,图1：（a）涂覆Super P（b）阻硫（c）Celgard PP（d）硫扩散,S.H. Chung, A. Manthiram, Advanced Functional Materials, 24 (2014) 5299-5306.,碳材料修饰 介孔碳（

4、Mesoporous Carbon）,J. Balach, T. Jaumann, M. Klose, S. Oswald, J. Eckert, L. Giebeler, Advanced Functional Materials, 25 (2015) 5285-5291.,制备过程：85 wt.% 介孔碳，5 wt.% Super P Li Carbon (BASF). 10 wt.% PVDF-HFP,溶于NMP中，用刮片的方法涂覆PP隔膜上后在40、20h空气氛下干燥。,碳材料修饰 多壁碳纳米管（MWCNT）,S.H. Chung, A. Manthiram, The Journal

5、of Physical Chemistry Letters, 5 (2014) 1978-1983.,1.集流体 2.活性物质的高效利用 3.拦截或吸收多硫化物，抑制其扩散 4.活性物质重新利用，有利于循环稳定性,multiwall carbon nanotubes (MWCNT),碳材料修饰 石墨烯（Graphene）,G. Zhou, S. Pei, L. Li, D.W. Wang, S. Wang, K. Huang, L.C. Yin, F. Li, H.M. Cheng, Advanced Materials, 26 (2014) 625-631.,聚合物修饰（Nafion-全氟磺

6、酸酯）,J.Q. Huang, Q. Zhang, H.J. Peng, X.Y. Liu, W.Z. Qian, F. Wei, Energy & Environmental Science, 7 (2014) 347-353.,Nafion/PP/PE/PP,PP/PE/PP,无机物修饰 Al2O3,Z. Zhang, Y. Lai, Z. Zhang, K. Zhang, J. Li, Electrochimica Acta, 129 (2014) 55-61.,无机物修饰 黑磷（Black-Phosphorus）,J. Sun, Y. Sun, M. Pasta, G. Zhou, Y

7、. Li, W. Liu, F. Xiong, Y. Cui, Advanced Materials, 28 (2016) 9797-9803.,复合材料修饰 PVDF-C,H. Wei, J. Ma, B. Li, Y. Zuo, D. Xia, ACS Applied Materials & Interfaces, 6 (2014) 20276-20281.,复合材料修饰 PVDF-C,复合材料修饰 微孔碳/聚乙二醇（MPC/PEG）,S.H. Chung, A. Manthiram, Advanced Materials, 26 (2014) 7352-7357.,复合材料修饰 CNF/

8、PVDF,Z. Wang, J. Zhang, Y. Yang, X. Yue, X. Hao, W. Sun, D. Rooney, K. Sun, Journal of Power Sources, 329 (2016) 305-313.,复合材料修饰 Graphene/Al2O3,R. Song, R. Fang, L. Wen, Y. Shi, S. Wang, F. Li, Journal of Power Sources, 301 (2016) 179-186.,主要内容,总结与展望,导电性和多硫化物的阻隔性应是商业化Li-S电池复合膜的关键考虑因素。 采用物理或化学方法阻隔多硫化物的功能材料涂覆旨在拦截、吸收和捕获这些多硫化物。 导电涂层应有较高的导电性并且具备多孔的孔道结构从而有利于电子、Li+ 和重新激活被困的活性物质的电解液的传输。 通过不同的制备工艺来提高轻质涂覆层与基膜的粘附力，比如流延法、真空过滤、旋涂、丝网印刷等技术。 单独的陶瓷或者聚合物涂覆由于涂层本身导电性差而不利于电