用纳米羟基磷灰石@多孔碳构建锂硫电池高效反应界面

由于正极活性物质硫具有能量密度高、成本低廉和储量丰富等优点,锂硫（Li-S）电池受到了人们的极大关注。然而,锂硫电池充放电过程中产生的多硫化锂的“穿梭效应”严重阻碍了其实用化进程。为了解决这个问题,本研究借助动物软骨的组成和结构特点,制备了纳米羟基磷灰石@多孔碳（nano-HA@CCPC）复合材料,并以此设计了面向正极的锂硫电池隔膜涂层。研究表明,纳米羟基磷灰石不仅对多硫化物具有吸附固定作用,并且对多硫化锂的转化具有催化作用,加快了多硫化锂的氧化还原动力学,有效地提升了活性物质硫的利用率。另外,软骨基碳复合材料的多孔结构形成了很好的导电网络,为电化学反应提供了优良的电子传导路径;也有利于电解液的浸润,加快了离子传输;碳的氮原子掺杂进一步限制了多硫化物的穿梭效应。因此,采用nano-HA@CCPC隔膜涂层的锂硫电池表现出较长的循环寿命、低的容量损失以及高的倍率性能。在0.5 C下,循环325次后,电池仍然能保持815 mAh·g^-1的放电比容量,并且每次的容量衰减率仅为0.051%。nano-HA@CCPC的设计制备将为锂硫电池的发展提供新材料。     

新型锂电池正极材料多硫化碳炔的研究

为克服锂/硫电池的正极材料单质硫的导电性差、放电产物的部分溶解导致电池性能下降等问题,设计并制备了一种新型正极材料多硫化碳炔。通过核磁共振、拉曼光谱、X-射线及SEM等手段对其进行了研究,并得到其形态及结构信息,证明材料具有“主链导电、侧链储能”的结构。通过充放电性能测试及循环伏安测试对其电化学性能进行了研究,结果表明该材料具有较高的充放电效率与良好的循环性能,0.4mA/cm²的放电条件下60次循环后比容量可以达到400mAh/g,充放电效率接近100%。     

1,3-二氧戊环基LiCF3SO3电解液对锂硫电池正极材料单质硫的电化学性能影响

测试了二元和多元溶剂组分的1,3-二氧戊环基LiCF3SO3电解液的粘度、离子电导率和单质硫的溶解度. 研究结果表明, 由较强的给电子能力溶剂组成的低粘度电解液较容易提高单质硫的氧化还原反应活性和可逆性能, 有利于提高单质硫在2.10 V附近的低放电平台电位和放电比容量. DOL-DME LiCF3SO3电解液能够较好地改善单质硫电极的表面钝化层结构, 促进电活性物质离子扩散和降低界面电荷传递阻抗, 从而表现出很好的放电倍率特性. 在室温下充放电流密度分别为0.1和0.2 mA/cm2时, 单质硫的首次放电比容量为792 mA·h/g, 第29次放电比容量达到412 mA·h/g.     

锂电池正极材料1,4,5,8-四羟基-9,10-蒽醌的电化学性能

研究了一种新型有机醌类化合物1,4,5,8-四羟基-9,10-蒽醌(THAQ)及其氧化产物(O-THAQ)的电化学性能.循环伏安和充放电结果显示,在放电时材料中的羰基和羟基均被还原为烯醇锂盐(襒C—O-Li+)结构,其中羰基还原为烯醇锂盐结构的过程可逆.O-THAQ首次放电容量和循环性能都有显著提高,氧化产物的首次放电容量为250 mAh.g-1,20次循环容量为100 mAh.g-1.讨论了THAQ氧化前后性能差异的原因.     

锂硫电池用高度环化硫化聚丙烯腈的制备

硫化聚丙烯腈因其不溶解机制和有效缓解锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”,被认为是具有吸引力的锂硫电池正极候选材料。硫化聚丙烯腈的导电聚合物骨架具有优异的电子导电性,同时共轭主链能有效解决充放电过程中硫正极体积变化引起的正极结构坍塌问题。因硫化聚丙烯腈的固-固反应机理,有效克服了传统硫正极在醚类电解液中多硫化物溶解及穿梭效应的问题,具有高正极活性物质利用率、出色的循环稳定性和结构稳定性等优势。有许多研究工作致力于通过硫化促进剂来提高硫化聚丙烯腈的硫含量,进而提高材料的能量密度。其中,硫化聚丙烯腈主链的环化度与循环稳定性的关系引起了我们的关注。在该研究工作中,通过在硫化过程中引入无水硫酸铜和正乙基正苯基二硫代氨基甲酸锌(ZDB)合成了SPAN-C-V复合材料。无水硫酸铜和ZDB的共同引入降低了聚丙烯腈环化反应的起始温度,同时提高了产物SPAN-C-V内碳碳双键的含量,在提高了材料硫含量的同时提高了其环化度。以SPAN-C-V为正极活性物质所组装的锂硫电池展现出良好的循环稳定性和倍率性能：在0.2 C (1 C = 600 mAh·kg^-1)下循环100次后的可逆容量为601 mAh·kg^-1,容量保持率为93%。该工作对于硫化聚丙烯腈材料的发展提供了参考。     

氨基蒽醌衍生物的合成及其用作锂电池正极材料的电化学性能

合成了两种新型的有机正极材料——5-氨基-2,3-二氢-1,4-二羟基蒽醌(ADDAQ)和5-氨基-1,4-二羟基蒽醌(ADAQ),用核磁氢谱(1H-NMR)、质谱(MS)、元素分析(EA)、傅里叶红外(FTIR)光谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱等方法对材料进行了表征,应用恒流充放电(GD/C)、循环伏安法(CV)、交流阻抗(EIS)等测试手段对材料的电化学性能进行了测试.实验结果表明:相比ADDAQ,ADAQ首次放电容量和循环性能都有显著提高.ADAQ的首次放电比容量为185mAh·g-1,50次循环之后容量为93mAh·g-1.并讨论了ADDAQ和ADAQ电化学性能差异的原因.     

锂电池用正极材料多硫代苯的电化学性能

采用多硫化钠与六氯代苯为原料,制备了一系列具有网状交联结构的不同硫含量的多硫代苯作为锂电池正极材料,并对其电化学性能进行了研究.结果表明,提高硫含量有利于提高材料的放电容量,但易加剧充放电循环中的容量衰减.硫含量为91.99％的样品,首放容量达到756 mAh·g－1,20次循环容量保持367 mAh·g－1.讨论了多硫代苯的放电机理,循环容量衰减和充放电效率较低的原因.     

含氧有机物作为锂电池正极材料

有机物作为锂电池正极材料具有理论比容量高、原料丰富、环境友好、体系安全的优点,近年来受到关注。本文综述了含氧有机物正极材料的研究进展,概括了醌类、酸酐和硝基化合物等材料的结构特征、电化学性能以及充放电机理,比较了各种材料的优势与不足,并对比了不同有机物材料的放电电位和比容量,同时对该类材料的研究方向进行了展望。     

高比能锂硫电池关键材料的研究

锂硫电池具有突出的高比能量优势和原料廉价、环境友好等优点,有望成为新一代高能电池体系,但循环性能差是制约其实用化的主要障碍.本文介绍了锂硫电池的国内外发展水平,综述了锂硫电池在正极材料、电解质、负极及体系方面的重要进展,并着重介绍了防化研究院近5年在这一领域的主要成果:制备了硫化导电高分子材料和介孔炭/硫复合材料两类正...     

纳米碳纤维-硫正极电化学性能

应用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等测试方法,研究了不同比例的纳米碳纤维(NCF)对硫正极电化学性能的影响.结果表明,NCF-硫正极的倍率放电性能和循环伏安性能都有了一定的提高,添加量为3%和5%时效果较好.3%NCF-硫正极电流密度0.4 mA.cm-2时,比容量达880 mAh.g-1,20次循环后,比容量仍保持630 mAh.g-1.