开题报告终极版.pptx

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开题报告终极版

基于碳硫复合材料在锂硫电池正极中的研究 报告人:陈平平 研究背景国内外研究情况研究意义研究目的与方案目录研究可行性 改进方案绪论研究方法与思路研究小结高比容量高比能量密度 锂硫电池研究背景锂硫电池因具有较高的理论比容量,比能量而成为目前最具开发前景的二次电池体系之一。2600 Wh kg-1电极结构变化 硫的导电性差 Sx2-的穿梭 高比能量 成本低 锂负极的枝晶问题 锂负极副反应问题 环境友好 研究背景正极采用硫电解液的稳定性 锂硫电池的优势和挑战研究背景LOREM IPSUM LOREM IPSUM01锂硫电池Anode::Step i:研究背景 side reactionsCathode:Step ii::Step iii: 锂硫电池正极反应的基本原理Stepi 生成的长链多硫化物易溶电解液造成的“穿梭效应”和 stepii 生成导电性差的终极产物是造成容量损失的主要原因。研究意义锂离子电池是目前商业化二次电池中性能最好的电池体系,但由于其主要使用 Li Fe O4、Li Co O2和 Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2等作为正极材料,这些正极材料的理论容量一般不超过 300m Ah·g-1,难以满足目前对于高比能量电池的需求,因此高理论比容量的锂硫电池正极材料成为当今研究的重点。单质硫在常温下主要以 S8的形式存在,在地球中储量丰富,具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池,其材料理论比容量和电池理论比能量较高,分别达到 1672m Ah·g-1和 2600Wh·kg-1 ,目前锂硫电池的实际能量密度已达到 390Wh·kg-1,预计在今后几年内极有可能提高到 600Wh·kg-1,被认为是现在最具研究价值和应用前景的锂二次电池体系之一。参考文献: J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 12946?12953 Nano Lett. 2015, 15, 798?802 Nano Lett. 2014, 14, 4821?4827 Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 287–297 Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 3591 –3595 ……国内外研究情况由于电池正极体积膨胀、单质硫及其不溶性产物 Li2S2 和 Li2S导电性低、多硫化物穿梭严重导致缩短电池寿命,成为目前重点解决的问题。目前研究通过将活性物质硫与多孔碳、纳米碳纤维(CNF)、多壁碳纳米管(MWCNTs)、石墨烯、导电聚合物、金属氧化物等具有特定结构的基质材料制备硫基复合正极材料,可以显著改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。 材料优缺点 优点 缺点多孔碳材料导电性良好,便宜,载硫量高物理吸附,非极性不能很好抑制极性多硫化物金属氧化物通过化学键抑制多硫化物导电性差导电聚合物导电聚合物的骨架结构可为硫正极提供很好的导电网络吸附多硫离子作用极其有限石墨烯导电性好,载硫量高,丰富功能基团抑制多硫化物石墨烯不能大量生产国内外的研究情况微孔碳材料优势:在充放电过程中能够保持极高的库伦效率以及长周期的循环稳定性。缺点:载硫量低硫含量较低( 40% ) ,电子离子传输通道受限 孔径:2-0.5nm guo,et al. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18510?18513W. Zhang et al. Electrochimica Acta 87 (2013) 497– 502国内外的研究情况国内外的研究情况 介孔碳材料 Cuiwen Li, et al.ACS Applied Materials & Interfaces,2013,5( 6) : 2208-2213.Nazer, et al.Nature Materials,2009,8( 6) : 500-506.介孔储硫的主要优势在于其可以明显提高硫的负载量及拥有发达的离子通道,对发挥锂硫电池高能量密度的优势。国内外的研究情况Liang et al,Chem. Mater., Vol. 21, No. 19, 2009多孔材料:优点:微孔、介孔、大孔相互贯通,微孔提供电化学反应界面,维持容量、介孔提供扩散通道、有利于提高初始容量,大孔提供活性反应物储存空间,则有望实现硫在多孔碳上的进一步高效利用。缺点:紧靠物理抑制多硫化物溶解穿梭有限。 O.5CS: 84 wt % 58.8 wt %Xiaogang Zhang et al,ACS Applied Materials &Interfaces,2014,6( 1) : 194-199. 多孔碳材料国内外的研究情况 氮掺杂碳硫复合材料 Donghai Wang,et al,Adv. Funct. Mater. 2014, 24,

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