收藏本站

锂硫电池正极材料计算筛选与设计研究

【摘要】:锂硫电池具有1675 m Ah g~(-1)的理论比容量和2600 Wh kg~(-1)的能量密度,远高于商用锂离子电池。此外,硫作为正极活性材料,贮藏丰富,且低价,环保易开采,有望成为未来新型储能体系。然而,该领域在商用之前仍有许多问题亟待处理:首先正极活性材料S_8及其放电产物Li_2S的导电性较差,且中间产物在充放电过程中易溶于电解液,从而导致“穿梭效应”等。此外,S_8与Li_2S之间密度差异较大,多次循环后容易导致电极产生严重的体积膨胀甚至脱落,极大降低了电池体系的倍率性能、循环寿命、活性物质利用率以及安全性。目前,解决上述问题的主要方法是寻找吸附性较强、导电性良好、具有丰富的表面吸附位点的材料作为正极添加剂,从而提高电池的容量、寿命和抑制多硫分子溶解。本课题以此为出发点,基于密度泛函理论,首先研究了过渡金属有机体系(TM-BHT,TM=transition metal,BHT=benzenehexathiol)在锂硫电池中的电化学活性,揭示了缓解“穿梭效应”的内在机制,准确分析计算了吸附能对多硫分子分解的影响,其中吸附与协同放电效应大大地提高了正极材料的能量密度,为发展高性能锂硫正极材料奠定了理论基础;接下来,为实现正极材料的定量筛选,又以不同过渡金属无机化合物为研究对象,通过理论和实验的相结合的方法定义了材料表面电子亲合能,建立了以“差分原子电负性”为基础的定量描述符,实现了正极材料的快速筛选。相关研究工作如下:(1)金属有机体系作为锂硫电池正极材料。首先,以具有高导电性和多吸附位点的金属有机材料(Cu-BHT)为基础,利用3d过渡金属元素取代该结构中的金属位点构建TM-BHT体系。然后,基于热力学、动力学以及态密度和Bader电荷等电子结构计算分析得出Co/Ni/Cu-BHT材料具有适中的吸附强度(-2.97 e V~-3.70 e V)、良好的金属导电性(其中,Cu-BHT实验测得电子迁移率116 cm~2 V~(-1) s~(-1))和结构稳定性等特点,可被认为是理想的锂硫电池正极材料。此外,材料表面丰富的活性位点还可对S_8/Li_2S_n(n=2,4,6,8)的分解起到催化作用,速率决定步骤的反应能垒分别为0.91e V、0.8 e V和0.87 e V,明显低于石墨烯(1.03 e V),该结果可归因于Co/Ni/Cu-BHT与多硫分子之间的化学相互作用显著降低了吸附体系能量,提高分解产物的结构稳定性。此外,p-d-π电子共轭骨架和丰富的电化学活性位点使其在电化学反应过程中不仅可以保持导电性,还可与硫单质协同放电,提升体系能量密度。(2)建立快速筛选正极材料的描述符。首先,基于密度泛函理论,利用吸附能与材料表面电荷接受能力的变化关系定义了表面电子亲合能,以描述吸附材料表面与多硫分子的化学相互作用强度。其次,利用S_8分子内聚能和Li_2S_8的脱附能确定了合理的表面电子亲合能范围(-2.74 e V~-7.65 e V),并结合实验(Ti S_2、Ti O、Ti N、CNT)证实了表面电子亲合能在定义范围内的Ti O材料具有优异的电化学循环稳定性,从而验证了描述符的准确性。最后,根据电子亲合能与差分原子电负性的线性关系,进一步确定了正极材料MX和MX_2的差分原子电负性筛选范围分别为0.87-0.94和1.12-1.21,并预测二价金属氧化物和四价过渡金属硫化物,硒化物和碳化物具有优秀的发展前景。

下载App查看全文

(如何获取全文? 欢迎:、、)

支持CAJ、PDF文件格式


【相似文献】
中国期刊全文数据库 前16条
1 刘小林;钟盛文;张骞;李之锋;李栋;陈军;;钠离子电池铁基正极材料的研究进展[J];材料导报;2015年19期
2 林月;程昀;汤依伟;郑世林;;锂硫电池用硫化花粉正极材料制备和表征[J];广东化工;2020年18期
3 倪喜芬,王建营,孙家跃,胡文祥,杨裕生;锂电池正极材料最新研究概况[J];化学世界;2004年04期
4 杜璞欣;周吉奎;宋卫锋;刘勇;刘牡丹;;废旧锂电池正极材料回收技术研究进展[J];有色金属工程;2020年04期
5 翁国明;苏育志;;锂电池正极材料含硫化物的研究进展[J];化学世界;2008年12期
6 郑伟,胡信国,张翠芬;二次锂电池用硫系正极材料的研究进展[J];电源技术;2005年09期
7 王旭毅;;研究高温法回收锂电池正极材料[J];信息记录材料;2020年02期
8 ;钠离子电池正极材料挺“锰”有望取代锂电池[J];技术与市场;2020年05期
9 刘宇;徐军;王翔;游孟醒;;废旧锂电池正极材料剥离工艺研究[J];机电产品开发与创新;2020年02期
10 黄勇;邓坤发;王黎晴;吕梦妮;任冰;;导电聚合物/硫复合材料用于锂硫电池正极研究进展[J];工程塑料应用;2015年08期
11 杨雷雷;李法强;贾国凤;彭正军;朱朝梁;朱虹;;可逆镁电池正极材料的研究进展[J];无机盐工业;2012年02期
12 张行;王传新;汪建华;皮华滨;吴雪梅;;热丝法制备锂硫电池正极材料[J];武汉工程大学学报;2010年09期
13 刘浩杰;任斌;刘雪省;郑海山;杨芳凝;;锂氟化碳电池正极水性聚合物粘结剂的研究[J];电源技术;2019年12期
14 龙云飞;苏静;吕小艳;文衍宣;;锂/钠离子电池过渡金属氟磷酸盐正极材料研究进展[J];无机盐工业;2020年03期
15 ;新型锂电池正极材料项目有望落户吉林经开区[J];特种铸造及有色合金;2016年02期
16 陈平,张玲,陈金花,张涛;锂电池正极材料中微量元素的测定[J];电池;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 曹余良;艾新平;杨汉西;;钠离子电池正极材料的研究[A];第31届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2015年
2 张俊喜;;铁基钠离子电池正极材料的合成与改性[A];第六届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会摘要集[C];2014年
3 尤雅;曾宪祥;殷雅侠;郭玉国;;普鲁士蓝类钠离子电池正极材料研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
4 赵小玲;刘波;胡华荣;周萍;高俊丽;朱凯;;高温锂电池正极材料研究[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
5 童圣富;;锂氧电池正极材料及反应机理研究[A];第三届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2016年
6 孔令波;刘之菊;詹晖;詹才茂;周运鸿;;锂电池正极材料六硫蒽的研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
7 李子凡;胡小飞;于川茗;李海霞;陈军;;二氧化钛正极催化剂在锂-氧电池中的应用[A];第七届全国物理无机化学学术会议论文集[C];2016年
8 周会俊;王龙光;裴春秋;陈风毅;;锂电池正极材料烧结用匣钵损毁机制的探讨[A];第十五届全国耐火材料青年学术报告会论文集[C];2016年
9 张校刚;;锂硫电池正极材料的设计以及多功能隔层的吸附机理研究[A];第七届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2015年
10 钟贵明;白晶玉;Paul N.Duchesne;Mcdonald Matt;王宇;龚正良;张鹏;付日强;杨勇;;新型可充锂离电池转化型正极材料磷酸铜的固体核磁共振研究[A];2015中国硅酸盐学会固态离子学分会理事会议暨第三届全国固态离子学青年学术交流会论文摘要集[C];2015年
11 卢嘉春;张君;张丽莉;黄萍;张自禄;;以碳硫化合物为正极的锂电池[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
12 沈伟;王聪;刘海梅;;多孔钠离子电池正极材料磷酸钒钠的合成与性能研究[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
13 冯嘉妮;杨菁;宋建军;王桂玲;马志鹏;邵光杰;;三元复合的石墨烯包覆的硫正极对锂硫电池性能的影响[A];第31届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2015年
14 张世超;薛文娟;苑克国;王安邦;;新型二次锂电池正极材料多硫代聚苯胺的制备[A];2005中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会论文集[C];2005年
15 李子凡;胡小飞;李福军;程方益;陈军;;二氧化钛正极催化剂在锂-氧电池中的应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
16 王维坤;王安邦;曹高萍;杨裕生;;锂电池用正极材料多硫代聚苯撑的制备及电化学性能[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
17 张胜利;李维;宋延华;李小岗;李海望;;锂离子池水性粘接剂在正极材料中的优化研究[A];河南省化学会2010年学术年会论文摘要集[C];2010年
18 黄金龙;;新型硅酸盐锂电正极材料的研究进展[A];第29届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2011年
19 杨菲;杜柯;胡国荣;彭忠东;;锂离子电池三元正极材料的研究进展[A];第29届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2011年
20 刘国强;曾潮流;杨柯;;锂离子电池钒系正极材料的研究概况[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 孙福根;锂硫电池硫正极材料的设计、制备及性能研究[D];华东理工大学;2014年
2 申永强;铁基氟化物作为锂/钠离子电池正极材料的制备及性能研究[D];湘潭大学;2016年
3 李高然;高性能锂硫电池正极的研究与开发[D];浙江大学;2016年
4 代冬梅;利用具有纳米结构的前驱体合成锂电池富锂锰基正极材料及其性能研究[D];河南师范大学;2017年
5 成娟娟;锂硫电池多孔金属基正极材料的制备及电化学性能研究[D];湘潭大学;2015年
6 张静;高性能锂硫电池硫正极复合材料设计及电化学性能研究[D];西安理工大学;2019年
7 张西华;锂离子电池正极废料中镍钴锰酸锂的短程清洁循环技术[D];中国科学院研究生院(过程工程研究所);2015年
8 陈艳;硫化锂-石墨烯自支撑正极制备、改性及电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
9 邱报;富锂锰基正极材料的表面改性及其储能机理研究[D];中国科学院宁波材料技术与工程研究所;2016年
10 周朝金;元素替代与表面改性对钠离子电池高电压层状镍基正极材料性能的影响[D];华南理工大学;2020年
11 余睿智;富锂锰基正极材料结构调控及储锂性能研究[D];湘潭大学;2019年
12 杨秀康;层状富锂正极材料的结构设计、制备及其性能研究[D];湘潭大学;2014年
13 龚志杰;硫/多孔碳复合正极材料的制备及电化学性能研究[D];浙江大学;2016年
14 司惠楠;低成本正极材料在钠离子电池中的研究和改性[D];清华大学;2019年
15 李园园;锂—硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究[D];华中科技大学;2017年
16 马全新;锂离子电池富锂锰基正极材料与电极制备及改性研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
17 金传玉;热电池镍系正极材料的研究[D];湖南大学;2017年
18 胡思江;核壳结构富锂锰基层状正极材料的研究[D];中国地质大学;2015年
19 赵桃林;锂离子电池富锂锰基正极材料的研究与电池低成本化分析[D];北京理工大学;2015年
20 张帆;硫正极材料设计及结构优化以提升液态及全固态锂硫电池性能研究[D];浙江大学;2020年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 崔梦男;锂硫电池正极材料计算筛选与设计研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所);2020年
2 朱经涛;锂硫电池硫镍一体化正极的制备及电化学性能研究[D];湘潭大学;2014年
3 吕晓雪;高性能锂硫电池正极及隔膜的改性研究[D];电子科技大学;2020年
4 张帅;锂硫电池正极材料的研究[D];中国矿业大学;2020年
5 杨静静;高性能锂硫电池正极材料的制备与电化学性能研究[D];郑州航空工业管理学院;2020年
6 Arif Rashid;高度集成的硫/聚多巴胺/三维粘结剂正极用于高负载、长寿命锂硫电池[D];苏州大学;2020年
7 张娜;新型锂硫电池正极复合材料的设计合成与性能研究[D];河北大学;2020年
8 陶增仁;平面双层结构正极材料的制备及其在锂硫电池中的应用[D];桂林理工大学;2019年
9 于明亮;锂硫电池高性能碳基正极材料设计构筑及其储锂性能研究[D];大连理工大学;2016年
10 江茉;锂—硫电池新型正极材料及粘合剂的研究[D];北京化工大学;2015年
11 邹舟;钠离子电池高能正极材料的研究[D];济南大学;2016年
12 谭顺元;锂硫电池正极材料的设计制备及其性能研究[D];湖南农业大学;2019年
13 赖德聪;过锂三元复合材料作为锂电池正极材料的研究[D];重庆大学;2010年
14 康铎之;废旧锂电池中有价金属选择性提取与正极材料再制备研究[D];陕西科技大学;2020年
15 袁瀚程;可充镁电池硒基正极材料的研究[D];上海交通大学;2019年
16 邓兆丰;锂硫电池含硫正极材料及电化学阻抗特性研究[D];中南大学;2013年
17 帅毅;锂硫电池正极复合材料的研究[D];兰州交通大学;2015年
18 魏世伟;三明治型锂硫电池正极材料的制备及性能研究[D];太原科技大学;2019年
19 王一起;三维多孔碳材料的制备及其在锂硫电池正极中的研究[D];国防科技大学;2018年
20 陈桂林;多功能复合材料的制备及其在锂硫电池正极中的应用[D];华南理工大学;2020年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 陈方平;[N];中国国门时报;2020年
2 记者 戈清平;[N];中国高新技术产业导报;2020年
3 记者 甘晓;[N];中国科学报;2018年
4 中国有色金属工业协会锂业分会秘书长、中关村新型电池技术创新联盟理事 张江峰;[N];中国工业报;2018年
5 王松林 章杰;[N];铜陵有色报;2010年
6 兰州日报社全媒体记者 孙理;[N];兰州日报;2020年
7 通讯员 崔玉萌 记者 张晔;[N];科技日报;2018年
8 记者 解丽娜;[N];青海日报;2011年
9 马超;[N];中国科学报;2018年
10 本报记者 杨晓秋;[N];宁夏日报;2020年
11 记者 闫茜;[N];银川日报;2020年
12 记者 李少鹏;[N];上海证券报;2019年
13 李小平;[N];证券时报;2011年
14 刘菁 郭远明;[N];国际商报;2004年
15 杨文江 王满庆;[N];中国化工报;2012年
16 朱文平;[N];人民政协报;2011年
17 本报记者 吴奕萱;[N];证券日报;2019年
18 本报记者 吴奕萱;[N];证券日报;2019年
19 记者 施铭;[N];云南日报;2019年
20 本报数据研究部 穆龚;[N];上海证券报;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978


{bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育app}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bckbet}|
{uc8}| {uc8体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐城}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {UC体育}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}|