顶部
电车资源栏目: 商用车 乘用车

上海大学赵兵:锂硫电池相关材料的探索性研究

  • 原创
  • 2018-01-17 09:20
  • 来源:电动汽车资源网 岳绍雪

摘要:上海大学环境与化学工程学院教授赵兵表示,由于碳的导电性较好,而且资源丰富、价格便宜,因此基于碳基的各种各样的结构设计,是现在硫电极微纳结构的重点。

1月16日,2018首届中国(成都)新能源汽车高峰论坛在成都盛大开幕。在第二届中国新能源汽车动力电池产业技术发展高峰论坛上,上海大学环境与化学工程学院教授赵兵表示,由于碳的导电性较好,而且资源丰富、价格便宜,因此基于碳基的各种各样的结构设计,是现在硫电极微纳结构的重点。赵兵总结表示,在液态锂硫电池的设计过程中,抑制中间多硫化物的溶解是最关键的技术问题。

上海大学赵兵:锂硫电池相关材料的探索性研究

以下为赵兵演讲全文(略有删减):         

一、锂硫电池的背景与机遇

随着电动汽车产业的不断发展,对于电池能量密度的要求也是越来越高,2020年的目标是轿车高比能量锂离子电池达到300瓦时/公斤。锂离子动力电池技术长期的发展目标是高能量密度、高功率密度、宽使用温度范围、高安全性。

目前大量应用的商业锂离子电池都是基于嵌入型反应,在锂离子从正极到负极、负极到正极循环往复的过程当中,电极材料拥有稳定的骨架,锂离子只是插入骨架的间隙中。由于拥有稳定的骨架,锂离子电池往往寿命较长,但也正因为存在稳定的架构,寻求更高比容量的体系将会比较困难。而要寻找更高的比能量体系的话,理论上应该从嵌入型反应向转化型反应转移,而锂硫电池就是转化型反应,具有高能量密度、低成本、环境友好等优势。

二、锂硫电池的难题与对策

实际上锂硫电池并不是一个新的概念,上个世纪60年代科学家们就在研究该体系。但这个体系确实存在非常多的困难。赵兵表示,主要存在以下几个困难:S的电导率极低,室温下,Ω=5×10-30S /cm;S在放电时伴随约70%的体积膨胀;最严重的是锂负极的安全问题,Li 枝晶穿透隔膜导致短路是一个根本性很难解决的安全隐患;此外是穿梭效应,中间放电产物穿过隔膜,直接与Li负极发生反应。

赵兵表示,锂硫电池未来如果可以做成成品,可能会借鉴软包装电池的结构,基于该结构从正极、隔膜、电解质、锂负极方面做一些改善,看是否能有效的提升性能。目前锂硫电池的结构设计主要要解决体积膨胀的问题,同时提高导电性,此外还需要缓解穿梭效应。常见的技术路线包括硫颗粒的纳米化,另外利用空间的限域效应和化学的交互作用,能够把多硫化合物吸附在正极材料一端。由于碳的导电性较好,而且资源丰富、价格便宜,因此基于碳基的各种各样的结构设计,是现在硫电极微纳结构的重点。

三、锂硫电池相关材料的探索性研究

目前赵兵及他的课题组在锂硫电池方面主要做S正极材料设计、Li2S正极材料设计、氧化石墨烯改性隔膜等三方面的工作。

硫电正极材料的设计利用石墨烯作为导电的骨架,同时采用双壳层的复合材料。赵兵强调,石墨烯不是作为活性材料,只是利用石墨烯拥有较大导电面积的特性,实现三维的导电网络的交联,在交联的同时将硫颗粒包裹在网络中,获得较小的硫颗粒,而且也可以通过导电网络改善导电性。此外,采用常用水热法制备三维多孔GA/S,小尺寸纳米硫颗粒均匀分布于石墨烯表面,形成C-O-S键合,50次循环后,比容量仍然能够达到716.2mAh/g。赵兵表示,这是适合批量生产的工艺,流程简单,S载量将更高,同时还能获得优异的电化学性能;此外,产量大、成本低。

Li2S正极材料设计方面,因为考虑到Li2S是完全的嵌锂态,同时也是完全的膨胀态,可消除循环过程电极膨胀;完全的嵌锂态有可能与非金属锂的负极配合构建安全性较好的电池;但反应中间多硫化物溶解和穿梭效应仍然存在。围绕这个问题,赵兵和他的团体利用复合材料中GA与Li2S 以C-S键的价键作用结合。此外,利用核壳型Li2S@Li3PS4复合材料,Li3PS4包覆核壳结构材料的电化学性能明显优于没有硫代磷酸锂壳层,循环性能100周后也达到485mAh/g。

氧化石墨烯改性隔膜方面,目的是在正极和负极之间构建GO阻隔层,吸附多硫化合物,抑制其跑到负极。由于石墨烯的高比表面积具有良好吸附作用,GO表面丰富的含氧官能团与多硫化物的化学键合可以抑制多硫化物的穿梭。GO膜阻碍多硫化物通过隔膜,使其保留在正极一侧,有效抑制了穿梭效应,提高了活性物质的利用率。经过这样的处理,在经历50次充放电循环之后,GA-S+GO-隔膜体系由于GO膜的存在,整个电极的形貌仍然保持良好的三维多孔状结构。

赵兵总结表示,在液态锂硫电池的设计过程中,抑制中间多硫化物的溶解是最关键的技术问题;利用多层次结构的包覆和导电骨架的设计硫电极可以明显电池循环性能和容量发挥。功能化隔膜的应用是必须的,对于缓解“穿梭”效应,提高电池寿命非常显著。(文/电动汽车资源网 岳绍雪)

版权声明:本文版权为电动汽车资源网所有,转载请务必注明来源(电动汽车资源网)及作者。

网友评论

还可以输入 500

补贴退坡原材料涨价,中国新能源车还能逆市火热吗?

面对旺盛的下游需求,补贴退坡对新能源汽车整体市场增长影响有限,未来新能源汽车整体仍呈现稳步增长的状态。
2022-01-23

销量连续7年居世界首位――新能源汽车有望加速增长

进入2022年,新能源汽车被寄予更多期待,500万辆成为新目标。
2022-01-23

动力电池火爆背后或临调整窗口

火热市场的背后依旧存在上游原材料供给不足、颠覆性技术研发不确定性大、研发人员短缺等问题,严重制约着行业的良性发展。
2022-01-22

聚焦中国物流车绿色城配大会 共谋2022新能源物流车生存与发展之道

如何平衡自身发展与用户需求,实现逆境重生?
2021-12-25

特斯拉车顶维权车主索赔5万提高到50万

12月24日,车顶维权女车主起诉特斯拉案开庭,庭审经历了近6个小时的激辩,该案未当庭宣判。庭审期间,双方发表了各自的意见并提供了相应的证据,双方都表示将等待司法的公正判决。
关键字: 特斯拉 维权
2021-12-25
  • 245

    长文

  • 0

    关注

  • 13

    粉丝

关注私信

如有问题请发送邮件至 ysx@zhdyw.com或添加微信号Arleen233。
我要投稿
电车资源2022年活动排期
相关车型
  • 周排行
  • 月排行
关闭
东风俊风纯电动物流车秒杀