OALib Journal期刊
ISSN: 2333-9721
费用：99美元

投递稿件

查看量	下载量

相关文章
更多...

化学学报 2013

Li-S电池硫正极性能衰减机理分析及研究现状概述

DOI: 10.6023/A12121024, PP. 508-518

刁岩,谢凯,洪晓斌,熊仕昭

Keywords: Li-S电池,硫正极,容量衰减,碳导电结构,聚合物包覆,纳米金属氧化物添加剂

Full-Text Cite this paper Add to My Lib

Abstract:

由于汽车工业的持续发展,对高能量密度二次电池的需求逐步增加,锂硫电池开始走进人们的视野.锂硫电池的理论比能量高达2600Wh/kg,而单质硫的理论比容量达1680mAh/g.同时,硫的储量丰富,廉价,并且环境友好.虽然可充电锂硫电池相比于传统锂离子电池有诸多优势,但目前其可实现的实际比容量远低于理论比容量,循环寿命也较短等弊端限制了其大规模应用.作者从Li-S电池正极的工作原理出发,对硫正极容量损失及衰减机理做了深刻的解析,并结合本实验室的工作归纳总结了导致硫正极容量衰减的主要因素.针对硫正极容量衰减因素,从碳导电结构、聚合物包覆以及纳米金属氧化物添加剂等方面,对近年来提高硫正极性能的主要研究方向及最新研究进展进行了综述,并对其中存在的问题进行分析,最后对提高Li-S电池的整体性能提出展望.

References

[1]	Bruce, P. G.; Freunberger, S. A.; Hardwick, L. J.; Tarascon, J. M. Nat. Mater. 2012, 11, 19.
[2]	Ellis, B. L.; Lee, K. T.; Naza, L. F. Chem. Mater. 2010, 22, 691.
[3]	Ji, X.; Nazar, L. F. J. Mater. Chem. 2010, 20, 9821.
[4]	Evers, S.; Nazar, L. F. Acc. Chem. Res. 2012, DOI: 10.1021/ ar3001348.
[5]	Diao, Y.; Xie, K.; Xiong, S.; Hong, X. J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A421.
[6]	Mikhaylik, Y. V.; Akridge, J. R. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A1969.
[7]	Kolosnitsyn, V. S.; Karaseva, E. V. Russ. J. Electrochem. 2008, 44, 506.
[8]	Cheon, S. E.; Ko, K. S.; Cho, J. H.; Kim, S. W.; Chin, E. Y. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A796.
[9]	Akridge, J. R.; Mikhaylik, Y. V.; White, N. Solid State Ionics 2004, 175, 243.
[10]	Hamann, C. H.; Hamnett, A.; Vielstich, W. Electrochemistry, 2nd ed., Chemical Industry Press, Beijing, 2009. (卡尔·哈曼, 活尔夫·菲尔施蒂希, 安德鲁·哈姆内特, 电化学, 第二版, 化学工业出版社, 北京, 2009.)
[11]	He, X.; Ren, J.; Wang, L.; Pu, W.; Jiang, C.; Wan, C. J. Power Sources 2009, 190, 154.
[12]	Cheon, S. E.; Ko, K. S.; Cho, J. H.; Kim, S. W.; Chin, E. Y. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A800.
[13]	Cheon, S. E.; Choi, S. S.; Han, J. S.; Choi, Y. S.; Jung, B. H.; Lima, H. S. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A2067.
[14]	Elazari, R.; Salitra, G.; Talyosef, Y.; Grinblat, J.; Kelley, C. S.; Xiao, A.; Affinito, J.; Aurbach, D. J. Electrochem. Soc. 2010, 157, A1131.
[15]	Diao, Y.; Xie, K.; Xiong, S.; Hong, X. J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A1816.
[16]	Barchasz, C.; Leprêtre, J. C.; Alloin, F.; Patoux, S. J. Power Sources 2011.
[17]	Barchasz, C.; Molton, F.; Duboc, C.; Leprêtre, J. C.; Patoux, S.; Alloin, F. Anal. Chem. 2011, 84, 3973.
[18]	Han, S. C.; Song, M. S.; Lee, H.; Kim, H. S.; Ahn, H. J.; Lee, J. Y. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A889.
[19]	Yuan, L.; Yuan, H.; Qiu, X.; Chen, L.; Zhu, W. J. Power Sources 2009, 189, 1141.
[20]	Guo, J.; Xu, Y.; Wang, C. Nano Lett. 2011, 11, 4288.
[21]	Wei, W.; Wang, J.; Zhou, L.; Yang, J.; Schumann, B.; NuLi, Y. Electrochem. Commun. 2011, 13, 399.
[22]	Ahn, W.; Kim, K. B.; Jung, K. N.; Shin, K. H.; Jin, C. S. J. Power Sources 2012, 202, 394.
[23]	Chen, J. J.; Zhang, Q.; Shi, Y. N.; Qin, L. L.; Cao, Y.; Zheng, M. S.; Dong, Q. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 5376.
[24]	D？rfler, S.; Hagen, M.; Althues, H.; Tübke, J.; Kaskel, S.; Hoffmann, M. J. Chem. Commun. 2012, 48, 4097.
[25]	Su, Y. S.; Fu, Y.; Manthiram, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 14495.
[26]	Zheng, W.; Liu, Y. W.; Hu, X. G.; Zhang, C. F. Electrochim. Acta 2006, 51, 1330.
[27]	Ji, X.; Lee, K. T.; Nazar, L. F. Nat. Mater. 2009, 8, 500.
[28]	Lai, C.; Gao, X. P.; Zhang, B.; Yan, T. Y.; Zhou, Z. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 4712.
[29]	Chen, S. R.; Zhai, Y. P.; Xu, G. L.; Jiang, Y. X.; Zhao, D. Y.; Li, J. T.; Huang, L.; Sun, S. G. Electrochim. Acta 2011, 56, 9549.
[30]	Liang, C.; Dudney, N. J.; Howe, J. Y. Chem. Mater. 2009, 21, 4724.
[31]	Zhang, B.; Qin, X.; Li, G. R.; Gao, X. P. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1531.
[32]	Cao, Y.; Li, X.; Aksay, I. A.; Lemmon, J.; Nie, Z.; Yang, Z.; Liu, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 7660.
[33]	Ji, L.; Rao, M.; Zheng, H.; Zhang, L.; Li, Y.; Duan, W.; Guo, J.; Cairns, E. J.; Zhang, Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18522.
[34]	Li, S.; Xie, M.; Liu, J.; Wang, H.; Yan, H. Electrochem. Solid-State Lett. 2011, 14, A105.
[35]	Wang, H.; Yang, Y.; Liang, Y.; Robinson, J. T.; Li, Y.; Jackson, A.; Cui, Y.; Dai, H. Nano Lett. 2011, 11, 2644.
[36]	Wang, J. Z.; Lu, L.; Choucair, M.; Stride, J. A.; Xu, X.; Liu, H. K. J. Power Sources 2011, 196, 7030.
[37]	Zhang, F. F.; Zhang, X. B.; Dong, Y. H.; Wang, L. M. J. Mater. Chem. 2012, 22, 11452.
[38]	Zhang, L.; Ji, L.; Glans, P. A.; Zhang, Y.; Zhu, J.; Guo, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 13670.
[39]	Huang, J. Q.; Liu, X. F.; Zhang, Q.; Chen, C. M.; Zhao, M. Q.; Zhang, S. M.; Zhu, W.; Qian, W. Z.; Wei, F. Nano Energy 2012, DOI: 10.1016/j.nanoen.2012.10.003.
[40]	Elazari, R.; Salitra, G.; Garsuch, A.; Panchenko, A.; Aurbach, D. Adv. Mater. 2011, 23, 5641.
[41]	Wang, J.; Yang, J.; Xie, J.; Xu, N. Adv. Mater. 2002, 14, 962.
[42]	Wang, J.; Yang, J.; Wan, C.; Du, K.; Xie, J.; Xu, N. Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 487.
[43]	Yu, X.; Xie, J.; Li, Y.; Huang, H.; Lai, C.; Wang, K. J. Power Sources 2005, 146, 335.
[44]	Yin, L.; Wang, J.; Yang, J.; Nuli, Y. J. Mater. Chem. 2011, 21, 6807.
[45]	Yin, L.; Wang, J.; Lin, F.; Yang, J.; Nuli, Y. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6966.
[46]	Yin, L.; Wang, J.; Yu, X.; Monroe, C. W.; NuLi, Y.; Yang, J. Chem. Commun. 2012, 48, 7868.
[47]	Wang, J.; Chen, J.; Konstantinov, K.; Zhao, L.; Ng, S. H.; Wang, G. X.; Guo, Z. P.; Liu, H. K. Electrochim. Acta 2006, 51, 4634.
[48]	Liang, X.; Liu, Y.; Wen, Z.; Huang, L.; Wang, X.; Zhang, H. J. Power Sources 2011, 196, 6951.
[49]	Liang, X.; Wen, Z.; Liu, Y.; Wang, X.; Zhang, H.; Wu, M.; Huang, L. Solid State Ionics 2011, 192, 347.
[50]	Liang, X.; Wen, Z.; Liu, Y.; Zhang, H.; Jin, J.; Wu, M.; Wu, X. J. Power Sources 2012, 206, 409.
[51]	Fu, Y.; Manthiram, A. RSC Adv. 2012, 2, 5927.
[52]	Fu, Y.; Manthiram, A. Chem. Mater. 2012, 24, 3081.
[53]	Fu, Y.; Su, Y. S.; Manthiram, A. J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A1420.
[54]	Zhang, Y.; Bakenov, Z.; Zhao, Y.; Konarov, A.; Doan, T. N. L.; Malik, M.; Paron, T.; Chen, P. J. Power Sources 2012, 208, 1.
[55]	Wu, F.; Wu, S.; Chen, R.; Chen, J.; Chen, S. Electrochem. Solid-State Lett. 2010, 13, A29.
[56]	Wu, F.; Chen, J.; Chen, R.; Wu, S.; Li, L.; Chen, S.; Zhao, T. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 6057.
[57]	Wu, F.; Chen, J.; Li, L.; Zhao, T.; Chen, R. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 24411.
[58]	Li, G. C.; Li, G. R.; Ye, S. H.; Gao, X. P. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 1238.
[59]	Xiao, L.; Cao, Y.; Xiao, J.; Schwenzer, B.; Engelhard, M. H.; Liu, J. Adv. Mater. 2012, 24, 1176.
[60]	Yang, Y.; Yu, G.; Cha, J. J.; Wu, H.; Vosgueritchian, M.; Yao, Y.; Bao, Z.; Cui, Y. ACS Nano 2011, 5, 9187.
[61]	Song, M. S.; Han, S. C.; Kim, H. S.; Kim, J. H.; Kim, K. T.; Kang, Y. M.; Ahn, H. J.; Dou, S. X.; Lee, J. Y. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A791.
[62]	Zheng, W.; Hu, X. G.; Zhang, C. F. Electrochem. Solid-State Lett. 2006, 9, A364.
[63]	Zhang, Y.; Wu, X.; Feng, H.; Wang, L.; Zhang, A.; Xia, T.; Dong, H. Int. J. Hydrogen Energy 2009, 34, 1556.
[64]	Evers, S.; Yim, T.; Nazar, L. F. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 19653.
[65]	Zhang, Y.; Bakenov, Z.; Zhao, Y.; Konarov, A.; Doan, T. N. L.; Sun, K. E. K.; Yermukhambetova, A.; Chen, P. Powder Technol. 2013, 235, 248.
[66]	Zhang, Y.; Zhao, Y.; Yermukhambetova, A.; Bakenov, Z.; Chen, P. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 295.
[67]	Lee, K. T.; Black, R.; Yim, T.; Ji, X.; Nazar, L. F. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 1490.
[68]	Cakan, R. D.; Morcrette, M.; Nouar, F.; Davoisne, C.; Devic, T.; Gonbeau, D.; Dominko, R.; Serre, C.; Tarascon, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 16154.
[69]	Kumaresan, K.; Mikhaylik, Y.; White, R. E. J. Electrochem. Soc. 2008, 155, A576.
[70]	Zhou, G. M.; Wang, D. W.; Li, F.; Hou, P. X.; Yin, L. C.; Liu, C.; Lu, G. Q.; Gentle, I. R.; Cheng, H. M. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8901.
[71]	Choi, Y. J.; Kim, K. W.; Ahn, H. J.; Ahn, J. H. J. Alloys Compd. 2008, 449, 313.
[72]	Ji, L.; Rao, M.; Aloni, S.; Wang, L.; Cairns, E. J.; Zhang, Y. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 5053.
[73]	Zheng, G.; Yang, Y.; Cha, J. J.; Hong, S. S.; Cui, Y. Nano Lett. 2011, 11, 4462.
[74]	Wang, J.; Chew, S. Y.; Zhao, Z. W.; Ashraf, S.; Wexler, D.; Chen, J.; Ng, S. H.; Chou, S. L.; Liu, H. K. Carbon 2008, 46, 229.
[75]	Li, X.; Cao, Y.; Qi, W.; Saraf, L. V.; Xiao, J.; Nie, Z.; Mietek, J.; Zhang, J. G.; Schwenzer, B.; Liu, J. J. Mater. Chem. 2011, 21, 16603.
[76]	Liang, X.; Wen, Z.; Liu, Y.; Zhang, H.; Huang, L.; Jin, J. J. Power Sources 2011, 196, 3655.
[77]	Schuster, J.; He, G.; Mandlmeier, B.; Yim, T.; Lee, K. T.; Bein, T.; Nazar, L. F. Angew. Chem. 2012, 124, 3651.
[78]	Kim, J.; Lee, D. J.; Jung, H. G.; Sun, Y.-K.; Hassoun, J.; Scrosati, B. Adv. Funct. Mater. 2012, DOI: 10.1002/adfm.201200689.
[79]	He, G.; Ji, X.; Nazar, L. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2878.
[80]	Jayaprakash, N.; Shen, J.; Moganty, S. S.; Corona, A.; Archer, L. A. Angew. Chem. 2011, 123, 6026.
[81]	Zhang, C.; Wu, H. B.; Yuan, C.; Guo, Z.; Lou, X. W. Angew. Chem. 2012, 124, 9730.
[82]	Evers, S.; Nazar, L. F. Chem. Commun. 2012, 48, 1233.
[83]	Li, N.; Zheng, M.; Lu, H.; Hu, Z.; Shen, C.; Chang, X.; Ji, G.; Cao, J.; Shi, Y. Chem. Commun. 2012, 48, 4016.
[84]	Park, M. S.; Yu, J. S.; Kim, K. J.; Jeong, G.; Kim, J. H.; Jo, Y. N.; Hwang, U.; Kang, S.; Woo, T.; Kim, Y. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 6796.
[85]	Sun, H.; Xu, G. L.; Xu, Y. F.; Sun, S. G.; Zhang, X.; Qiu, Y.; Yang, S. Nano Res. 2012, 10, 726.
[86]	Wang, D. W.; Zhou, G.; Li, F.; Wu, K. H.; Lu, G. Q.; Cheng, H. M.; Gentle, I. R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 8703.
[87]	Wang, Y. X.; Huang, L.; Sun, L. C.; Xie, S. Y.; Xu, G. L.; Chen, S. R.; Xu, Y. F.; Li, J. T.; Chou, S. L.; Dou, S. X.; Sun, S. G. J. Mater. Chem. 2012, 22, 4744.
[88]	Wei, Z. K.; Chen, J. J.; Qin, L. L.; Nemage, A. W.; Zheng, M. S.; Dong, Q. F. J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A1236.
[89]	Yan, Y.; Yin, Y. X.; Xin, S.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. Chem. Commun. 2012, 48, 10663.
[90]	Sun, M.; Zhang, S.; Jiang, T.; Zhang, L.; Yu, J. Electrochem. Commun. 2008, 10, 1819.
[91]	Qiu, L.; Zhang, S.; Zhang, L.; Sun, M.; Wang, W. Electrochim. Acta 2010, 55, 4632.

Full-Text

Contact Us

service@oalib.com

QQ:3279437679

WhatsApp +8615387084133