磷酸酯基阻燃电解液用于高安全锂硫电池 被引量：3

1

作者 何孟雪 李一涛 +4 位作者 刘亚涛 贾永锋 李刚 贾龙 庞全全 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期765-774,共10页

Li–S电池被认为是最有希望的下一代高能量密度二次电池之一,开发高效阻燃电解液对于提升电池安全性极为重要.本文对高浓度磷酸三乙酯(TEP)和磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯(TFP)电解液在锂–硫化聚丙烯腈(Li–PAN/S)电池中的应用展开了深入... Li–S电池被认为是最有希望的下一代高能量密度二次电池之一,开发高效阻燃电解液对于提升电池安全性极为重要.本文对高浓度磷酸三乙酯(TEP)和磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯(TFP)电解液在锂–硫化聚丙烯腈(Li–PAN/S)电池中的应用展开了深入研究,以同样的锂盐摩尔比和氟代醚稀释梯度,研究了TEP和TFP基局部高浓度电解液对锂金属负极和硫正极稳定性的影响,详细解析了两种溶剂分子在电池循环过程中的界面反应.研究表明,磷酸酯基高浓度电解液在Li–PAN/S电池中展示了较优异的循环稳定性,通过优化TTE的稀释比例,提升了电池的倍率特性.对比基于TEP和TFP的电解液,发现TEP基电解液具有更好的锂沉积/剥离性能,而TFP基电解液在界面生成更多的有机组分,导致不稳定的界面膜.以TEP212为电解液的锂硫电池能够在1C的倍率下稳定循环200圈以上,放电比容量保持在1080.8 mA·h·g-1. 展开更多

关键词 阻燃电解液 局部高浓度电解液 磷酸酯 锂硫电池 硫化聚丙烯腈

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硫化聚丙烯腈凝胶的制备及其锂硫电池性能 被引量：1

2

作者 赵永男 李杨 高海燕 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2023年第6期67-73,共7页

为了提高硫化聚丙烯腈(SPAN)正极材料的电化学性能,以二甲基亚砜为溶剂,以去离子水为非溶剂,采用热致相分离法制备了聚丙烯腈凝胶(PAN)_g,然后引入水合肼使PANg的分子链间发生N—N交联,制备出化学交联的聚丙烯腈凝胶(PAN_(g+N)),最终通... 为了提高硫化聚丙烯腈(SPAN)正极材料的电化学性能,以二甲基亚砜为溶剂,以去离子水为非溶剂,采用热致相分离法制备了聚丙烯腈凝胶(PAN)_g,然后引入水合肼使PANg的分子链间发生N—N交联,制备出化学交联的聚丙烯腈凝胶(PAN_(g+N)),最终通过高温载硫法制得了硫化聚丙烯腈凝胶(SPAN_(g+N))。利用SEM、TEM、FTIR、XRD等方法研究了材料的结构和物相特征。结果表明:交联结构的SPAN_(g+N)具有高度互联的三维网络结构,结构稳定性及电化学性能均得到显著提高。在0.5 C的电流密度时,首圈放电比容量为1 219.8 mA·h/g,循环100圈后的比容量为1 000.6 mA·h/g,容量保持率达到82.03%,平均每圈衰减率为0.18%。 展开更多

关键词 锂硫电池 硫化聚丙烯腈 凝胶 热致相分离法

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黏结剂对钾硫电池正极材料性能的影响研究 被引量：2

3

作者 员紫梦 刘单单 黄佳佳 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 北大核心 2022年第6期70-76,共7页

针对钾硫(K-S)电池中硫化聚丙烯腈(SPAN)正极在循环过程中因结构不稳定易发生容量衰减问题,以黏结剂为研究对象,比较了羧甲基纤维素钠(CMC)和聚偏二氟乙烯(PVDF)黏结剂对SPAN正极电化学性能的影响,并进一步通过动力学测试和电极形貌微... 针对钾硫(K-S)电池中硫化聚丙烯腈(SPAN)正极在循环过程中因结构不稳定易发生容量衰减问题,以黏结剂为研究对象,比较了羧甲基纤维素钠(CMC)和聚偏二氟乙烯(PVDF)黏结剂对SPAN正极电化学性能的影响,并进一步通过动力学测试和电极形貌微观测试探明黏结剂结构对电池性能的影响机理。倍率性能测试结果表明:使用CMC黏结剂制备的SPAN电极在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、3C倍率下分别具有1256、1161、1058、946、716、538 mAh/g的放电比容量,之后再以0.1C倍率充放电所得放电比容量仍保持为1253 mAh/g,明显优于PVDF黏结剂制备的SPAN电极的倍率性能。此外,循环性能测试结果表明:使用CMC黏结剂制备的SPAN电极在0.5C电流密度下经过100次循环后仍具有822 mAh/g的放电比容量,容量保持率高达75.6%,明显优于PVDF黏结剂制备的SPAN电极的循环性能。机理测试结果表明:CMC黏结剂性能优异的原因在于其结构中大量的含氧活性官能团,一方面可以与活性物质颗粒之间形成较强的化学相互作用,显著提高黏附强度,从而能够承受循环过程中SPAN正极巨大的体积变化,维持电极内部导电网络的稳定,防止电极结构坍塌,提高电池的循环稳定性;另一方面,—COONa可以提高电极的钾离子扩散系数,促进钾离子传输,改善电池的倍率性能。 展开更多

关键词 硫化聚丙烯腈 钾硫电池 羧甲基纤维素钠 聚偏二氟乙烯 黏结剂

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聚丙烯腈分子量对锂硫电池比容量和循环稳定性的影响 被引量：1

4

作者 魏士俊 何润合 +2 位作者 李永兵 靳艳梅 张兴祥 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第22期190-195,共6页

采用自由基聚合法,以丙烯腈(AN)为原料,以不同质量比的水(H_(2)O)与二甲基亚砜(DMSO)的混合试剂为介质,制备不同分子量的聚丙烯腈(VMPAN)。随后采用升华硫(S)作为硫源,制备硫化聚丙烯腈(SPAN),探究了不同H_(2)O与DMSO配比对PAN的理化性... 采用自由基聚合法,以丙烯腈(AN)为原料,以不同质量比的水(H_(2)O)与二甲基亚砜(DMSO)的混合试剂为介质,制备不同分子量的聚丙烯腈(VMPAN)。随后采用升华硫(S)作为硫源,制备硫化聚丙烯腈(SPAN),探究了不同H_(2)O与DMSO配比对PAN的理化性能以及PAN作为锂-硫电池正极时的电化学性能的影响。研究结果表明,混合试剂配比为50∶50的VMPAN具有适中的分子量,用其制备出的SPAN复合材料展现出最佳性能,载硫量近52%(质量分数),锂离子扩散系数可达1.06×10^(-12)cm^(2)·s^(-1),在0.2C和1.0C下初始放电比容量分别达到1805.48 mAh·g^(-1)与1704.22 mAh·g^(-1)。在0.2C下循环100次后正极材料可逆比容量为1225 mAh·g^(-1),容量保持率高达85%,具有优异的循环性能与倍率性能。 展开更多

关键词 锂硫电池 硫化聚丙烯腈 分子量 比容量 正极

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辐照交联制备低分子量聚丙烯腈纤维锂硫电池正极材料及其储硫机理 被引量：1

5

作者 张诗昱 何润合 +2 位作者 李永兵 魏士俊 张兴祥 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期148-157,共10页

通过γ射线辐照交联异型聚丙烯腈(PAN)纤维解决了低分子量聚丙烯腈半碳化中的熔融坍塌问题,提高了PAN的半碳化稳定性;采用傅里叶变换红外光谱、元素分析及核磁共振波谱确定了辐照交联机理.同时,根据辐照产生的不同交联度与PAN硫化后载... 通过γ射线辐照交联异型聚丙烯腈(PAN)纤维解决了低分子量聚丙烯腈半碳化中的熔融坍塌问题,提高了PAN的半碳化稳定性;采用傅里叶变换红外光谱、元素分析及核磁共振波谱确定了辐照交联机理.同时,根据辐照产生的不同交联度与PAN硫化后载硫量的变化关系,探讨了硫化聚丙烯腈(SPAN)锂硫电池正极材料的储硫机理.利用拉曼光谱及X射线光电子能谱等分析手段表征了SPAN中硫原子的反应位置,说明PAN主链上的亚甲基所在的碳为与硫化学结合的活性位点,为探究SPAN结构提供了新的依据.交联度升高对硫化后所形成的SPAN正极材料的电化学稳定性起促进作用,容量保持率可提升至98%. 展开更多

关键词 硫化聚丙烯腈 锂硫电池正极材料 γ射线辐照交联 储硫机理

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高面积容量锂-硫化聚丙烯腈电池的快速界面传输 被引量：1

6

作者 张泽平 黄兰萍 +1 位作者 陈康华 帅毅 《山东化工》 CAS 2019年第9期25-27,31,共4页

锂硫电池由于具有较高的理论比能量和环保性能,已成为最有前途的高比能电池系统之一。然而,锂金属阳极在锂硫电池中的实际应用仍有阻碍。本文设计了一种简单的方法在锂阳极上制备锂硅/氯杂化保护层,该保护层不仅能对锂枝晶生长起到抑制... 锂硫电池由于具有较高的理论比能量和环保性能,已成为最有前途的高比能电池系统之一。然而,锂金属阳极在锂硫电池中的实际应用仍有阻碍。本文设计了一种简单的方法在锂阳极上制备锂硅/氯杂化保护层,该保护层不仅能对锂枝晶生长起到抑制作用,还为电荷的快速转移提供了动能。由于硫化聚丙烯腈的高导电性和改性锂阳极的高交换电流密度,使得锂-硫化聚丙烯腈电池能够保持稳定的充放电循环,并表现出优异的倍率性能。即使阴极有8 mAh/cm^2的高面积容量,电池也可以在0.2C时以500 mAh/g的比容量保持50次以上的循环。 展开更多

关键词 表面改性 锂金属阳极 硫化聚丙烯腈

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锂硫电池用高度环化硫化聚丙烯腈的制备

7

作者 姬璇 汪佳裕 +3 位作者 王安邦 王维坤 姚明 黄雅钦 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期60-70,共11页

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... 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。 展开更多

关键词 硫化聚丙烯腈 CUSO4 正乙基正苯基二硫代氨基甲酸锌 环化度 锂硫电池

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多元碱金属离子在锂硫化聚丙烯腈电池中实现高稳定锂沉积

8

作者 张超 张彪 +4 位作者 娄瑾 王玉 帅毅 陈康华 祝昌军 《山东化工》 CAS 2021年第6期12-15,共4页

锂-硫化聚丙烯腈电池是具有高容量的锂金属电池。但是锂金属负极枝晶生长问题一直制约了该电池的发展。用来稳定正极材料硫化聚丙烯腈的碳酸酯类电解液中,锂枝晶生长尤为严重。本文通过在碳酸酯类电解液中添加混合碱金属离子,在Na^(+)和... 锂-硫化聚丙烯腈电池是具有高容量的锂金属电池。但是锂金属负极枝晶生长问题一直制约了该电池的发展。用来稳定正极材料硫化聚丙烯腈的碳酸酯类电解液中,锂枝晶生长尤为严重。本文通过在碳酸酯类电解液中添加混合碱金属离子,在Na^(+)和K^(+)的共同作用下,锂枝晶的生长被明显的抑制。应用在锂铜半电池中得到了高而稳定的库伦效率。而且,锂-硫化聚丙烯腈电池的循环稳定性得到了极大的改善。在1C(1C=700 mAg^(-1))大倍率下,100次循环后放电容量保持率依然能达到80%,远高于未加其他碱金属离子的48%。 展开更多

关键词 硫化聚丙烯腈 锂金属电池 碱金属离子 锂枝晶

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富羧基复合粘结剂对高载量硫化聚丙烯腈电极性能的影响

9

作者 危伟 邓胜 王灿 《船电技术》 2021年第6期73-76,共4页

硫化聚丙烯腈材料作为锂硫电池体系中循环寿命较长的材料备受关注,为面向工业化应用,在高载量硫化聚丙烯腈电极设计上有很大的研究需求。设计了一种富羧基复合粘结剂,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)进行分析,结果表明该粘结... 硫化聚丙烯腈材料作为锂硫电池体系中循环寿命较长的材料备受关注,为面向工业化应用,在高载量硫化聚丙烯腈电极设计上有很大的研究需求。设计了一种富羧基复合粘结剂,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)进行分析,结果表明该粘结剂对高载量硫化聚丙烯腈电极的制备有优良的改善作用,减少了极片微裂纹的产生,保证电极完整性。大于7 mg/cm^(2)的S@PAN电极在0.1C的倍率下80次循环后仍保持89.8%的充放电比容量,进而保证了优良的循环性能。同时具有良好的倍率性能,2C倍率放电保持65.2%的优异倍率性能。 展开更多

关键词 富羧基复合粘结剂 硫化聚丙烯腈 循环性能 倍率性能

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硫化聚丙烯腈锂离子电池的制备 被引量：5

10

作者 任建国 何向明 +1 位作者 蒲薇华 王莉 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期73-74,共2页

以硫化聚丙烯腈为正极活性材料,制备了044026型锂离子电池。当充放电电流为0.1C时,电池的比能量为246Wh/kg,能量密度为401 Wh/L,内阻约为70 mΩ。50 mA恒流过充实验结果表明:当电池充电至3.90 V时,电压的上升开始放缓,50 h后电压上升到4... 以硫化聚丙烯腈为正极活性材料,制备了044026型锂离子电池。当充放电电流为0.1C时,电池的比能量为246Wh/kg,能量密度为401 Wh/L,内阻约为70 mΩ。50 mA恒流过充实验结果表明:当电池充电至3.90 V时,电压的上升开始放缓,50 h后电压上升到4.70 V,电池外观没有大的变化。 展开更多

关键词 锂离子电池 硫化聚丙烯腈(PAN) 安全性 比能量

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锂硫电池复合正极研究进展

11

作者 李西尧 赵长欣 +2 位作者 李博权 黄佳琦 张强 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期25-37,共13页

锂硫电池因其超高的理论能量密度被视为极具前景的下一代电化学储能体系,其中高比容量的硫正极提供了锂硫电池的能量密度优势并直接决定了电池的实际性能。经过数十年的发展,最具前景的硫正极体系分别是硫碳复合(S/C)正极和硫化聚丙烯腈... 锂硫电池因其超高的理论能量密度被视为极具前景的下一代电化学储能体系,其中高比容量的硫正极提供了锂硫电池的能量密度优势并直接决定了电池的实际性能。经过数十年的发展,最具前景的硫正极体系分别是硫碳复合(S/C)正极和硫化聚丙烯腈(SPAN)正极。本文系统综述了S/C正极和SPAN正极的最新研究进展。首先,简要介绍了两种正极的工作原理并进行了比较。S/C正极发生固-液-固多相转化反应,充放电表现为双平台特征。与之相比,SPAN正极发生固-固反应,充放电曲线为单平台。然后,对两种正极所面临的挑战和目前报道的优化策略进行了系统的分析与讨论。对于S/C正极,主要调控策略包括电极结构修饰、电催化剂设计与辅助氧化还原介体调控;对于SPAN正极,主要调控策略包括电极结构设计、电极形貌调控、杂原子掺杂和外源性氧化还原介体调控。最后,在电池尺度上对S/C正极和SPAN正极进行了综合比较,并对基于S/C正极和SPAN正极的锂硫电池在未来所面对的机遇与挑战进行了展望。 展开更多

关键词 锂硫电池 硫碳复合正极 硫化聚丙烯腈正极 多硫化锂

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复合策略提升SPAN倍率性能的研究进展

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作者 杨培跃 姚金 +1 位作者 潘其云 李中 《电池》 CAS 北大核心 2022年第3期342-345,共4页

硫化聚丙烯腈(SPAN)用作锂硫电池正极材料时,循环性能较好,但自身较低的电导率导致倍率性能不佳。综述通过不同结构和功能的碳材料、过渡金属化合物与SPAN制备复合材料,以提高SPAN倍率性能的研究进展。相比于一维和三维的碳材料,具有二... 硫化聚丙烯腈(SPAN)用作锂硫电池正极材料时,循环性能较好,但自身较低的电导率导致倍率性能不佳。综述通过不同结构和功能的碳材料、过渡金属化合物与SPAN制备复合材料,以提高SPAN倍率性能的研究进展。相比于一维和三维的碳材料,具有二维层状结构的石墨烯在复合材料中更易形成导电网络,使SPAN在高倍率下能释放出更高的比容量。将电导率较高或具备一定催化活性的过渡金属硫化物与SPAN复合,可提升SPAN的倍率性能。 展开更多

关键词 锂硫电池 正极材料 硫化聚丙烯腈(SPAN) 复合材料 碳材料 过渡金属化合物 倍率性能

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