碳质材料在锂硫电池中的应用研究进展.pdf

第29卷 第4期 新 型 炭 材 料 Vol.29 No.4 2014年8月 NEW CARBON MATERIALS Aug. 2014 文章编号: 1007-8827(2014)04-0241-24 碳质材料在锂硫电池中的应用研究进展 张 强, 程新兵, 黄佳琦, 彭翃杰, 魏 飞 (清华大学 化学工程系,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室,北京 100084) 摘 要: 随着石墨负极的成功商用,锂离子电池在智能手机、笔记本电脑等便携式电子设备中已得到广泛的应用。 经过20 多年的发展,现有基于嵌锂化合物正极的锂离子电池已接近其理论容量,但仍不能满足高速发展的电子工业和新兴的电动汽 车等行业的要求,寻找具有更高能量密度的电池系统迫在眉睫。 锂硫电池系统具有极高的理论能量密度,在多种储能系统中 是最具潜力的一种二次电池。 但是锂硫电池中也存在硫的电导率极低、多硫化物溶解迁移等问题,使其在走向实用化的过程 中遇到许多困难。 纳米碳质材料在新型锂硫电池的开发过程中处于重要地位,通过纳米炭的引入,可以获得导电复合正极材 料,控制多硫化物的穿梭,从而有望实现正极硫材料的高效利用。 综述了基于纳米炭-硫复合正极材料,尤其是碳纳米管、石墨 烯、多孔炭以及其杂化物等材料复合的电极,分析其结构与锂硫电池性能的关系,并展望锂硫电池的发展方向。 关键词: 锂硫电池;碳硫复合正极;纳米炭;碳纳米管;石墨烯;多孔炭;杂化物 + 中图分类号: TQ127.1 1 文献标识码: A 收稿日期:2014-05-23; 修回日期:2014-08-05 基金项 目:国家 自然科学基金;教育部博士点基金(20120002120047);中国博士后基金(2012M520293, 2013T60125). 作者简介:张 强,副教授,博士. E-mail:zhang-qiang@mails.tsinghua.edu.cn;zhangqiangflotu@mail.tsinghua.edu.cn. Review of carbon materials for advanced lithium-sulfur batteries ZHANG Qiang, CHENG Xin-bing, HUANG Jia-qi, PENG Hong-jie, WEI Fei (Beijing Key Laboratory of Green ChemicalReaction Engineering and Technology,Department of Chemical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China) Abstract: Lithium-ion batteries (LIBs) are extensively used in numerous portable devices such as smart-phones and laptops. However,current LIBsbased on the conventional intercalation mechanism cannot meet the requirements of the electronics industry and electric vehiclesalthough they are approaching their theoretical capacity. Therefore,it is extremely urgent to seek for systems with higher energy densities. Among variouspromising candidates,lithium-sulfur (Li-S) batteries with a high theore