鋰硫電池正極材料的複合結構的設計

《鋰硫電池正極材料的複合結構的設計》是依託天津大學，由羅加嚴擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鋰硫電池正極材料的複合結構的設計
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：羅加嚴
• 依託單位：天津大學

項目摘要

本項目的研究目標是設計合成具有膠囊結構的鋰琉電池硫電極材料，實現對膠囊結構的微觀結構和組分相互作用的調控，進而提高複合材料的電化學性能。綜合考慮硫電極中的硫的穿梭效應、硫到硫化鋰轉變的體積膨脹、硫含量和材料密度等問題，研究納米琉顆粒/紙團石墨烯膠囊結構的設計、可控制備和形成機理，實現對複合材料的電子傳導、離子擴散的調控；闡明膠囊結構中琉在充放電過程中膨脹收縮導致的複合材料結構變化的和多硫化合物溶解沉積的調控機制，用石墨烯表面官能團和硫的相互作用，設計在石墨烯紙團內部構築分隔硫納米顆粒的多倉室結構，並通過石墨烯的表面與硫化物的化學鍵作用調控硫和硫化鋰沉積的尺寸和形貌；建立膠囊結構與材料性能的內在聯繫，掌握膠囊結構影響電化學性質的規律，為製備具有高比容量、高倍率、長循環壽命的鋰琉電池的新型琉電極材料提供理論和實驗依據。

結題摘要

鋰硫電池在電動汽車和大型儲能系統中具有廣闊的套用前景。但是，由於硫、鋰硫化物導電性差以及鋰多硫化物的穿梭效應等帶來的巨大挑戰，使其市場發展受到嚴重阻礙。本項目熱還原法和噴霧乾燥法製備合成了兩種具有膠囊結構的納米硫顆粒-紙團石墨烯硫電極複合材料。實驗結果表明，該材料具有良好的倍率性能和良好的循環穩定性。這主要得益於褶皺還原石墨烯宿主與硫正極間強的相互作用、褶皺還原石墨烯適宜的微孔和介孔結構以及褶皺還原石墨烯表面豐富的表面氧官能團。作為拓展研究內容，本項目還研究了碳納米管/硫柔性正極的製備、石墨烯（rGO）與金屬鋰或金屬鈉的自組裝，並對其結構進行了表征與測試、並探究了其在鋰硫電池和鋰、鈉金屬電池中套用。該項目為製備具有高比容量、高倍率、長循環壽命的新型鋰琉電池提供理論和實驗依據。通過該項目總共發表SCI論文18篇、發明專利8項。培養博士研究生兩名，碩士研究生三名，其中一人已取得博士學位，兩人取得碩士學位。