开题报告终极版解读.pptx

报告人：陈平平 基于碳硫复合材料在锂硫电池正极中的研究 绪论 研究方法 与思路 研究小结 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。 01 LOREM IPSUM LOREM IPSUM 锂硫电池的优势和挑战 锂硫电池 研究背景 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 …… 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 国内外研究情况 微孔碳材料 guo,et al. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18510?18513 W. Zhang et al. Electrochimica Acta 87 (2013) 497– 502 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 介孔碳材料 国内外的研究情况 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。 Cuiwen Li, et al．ACS Applied Materials ＆ Interfaces，2013，5( 6) : 2208-2213． 多孔碳材料 Xiaogang Zhang et al，ACS Applied Materials ＆Interfaces，2014，6( 1) : 194-199． 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。 S: 84 wt % 58.8 wt % O.5C