鋰硫電池你知道嗎?

鋰硫電池發展史：鋰電池有30多年的歷史，而鋰硫電池更年輕。1962年，Herbet和Ulam首次提出使用硫作為正極材料，以堿性高氯酸鹽為電解質。

早期鋰硫體系作為一次電池被研究，甚至還一度商業化加工，但后來被可充電電池取代擱置。2009年LindaF.Nazar在NatureMaterials上提出有關鋰硫二次可充放電池，并用CMK-3實現了1320mAh/g的高比容量。自此鋰硫電池真正開啟了發展篇章。

鋰硫電池原理：鋰硫電池正極為硫或含硫材料，負極為鋰。均勻電壓2.1V，理論上鋰硫體系（Li-S）具有1672mAh/g的比容量，2600Wh/kg的能量密度，是傳統商業化以LiCo02為正極的鋰電池（理論比容量273.8mAh/g，能量密度360Wh/kg）7倍左右。相比一般鋰電池，鋰硫電池的放電本質不是簡單的鋰離子脫嵌，而是伴隨著大量中間產物的氧化還原過程。鋰硫放電電池放電過程中，單質硫從環狀S8開環與Li反應，由長鏈Li2S8向短鏈Li2S轉化的過程中伴隨著兩個分明的放電平臺，高電勢放電平臺為2.45V-2.1V，該過程可認為大量S8向S42-轉化，而低電勢放電則為2.1V1.7V，此過程為大量S42-轉化為S22-與S2-。另一方面，不同的轉化程度也對應著不同的電容量。

放電反應方程如下：

正極：S8+16Li+e-→8Li2S

負極：Li→Li++e-

總反應：2Li+nS→Li2Sn→Li2S

一般鋰電池是單電子脫嵌，鋰硫電池是8電子氧化還原，因而有7-8倍的理論容量和能量密度。與傳統鋰電池相近，鋰硫電池由正極，負極，隔膜，電解質和隔膜組成。因此鋰硫電池被認為是目前最有希望替代傳統鋰電池，成為新一代的儲能設備的新能源。

硫正極材料是制約鋰硫電池發展和應用的關鍵因素，因此我們重點關注硫正極。目前，鋰硫體系的硫正極也存在幾個問題要處理：穿梭效應，導電性差，體積膨脹。

1、放電過程中多硫化物溶解（Li2Sx，3＜x＜8），出現復雜的歧化反應，發生穿梭效應，造成大量自放電，庫倫效率和循環性能降低，出現不可逆容量衰減；

2、單質硫與放電產物硫化鋰的電導率低，S電導率（5×10-30S/cm，25℃），Li2S/Li2S2電導率（~10-30S/cm），造成硫的利用率惟有50-70%左右。

3、而且從斜方晶系α-S（ρ1=2.03g/cm3）轉化為反螢石結構的Li2S（ρ2=1.66g/cm3），體積膨脹大，破壞電極結構，影響了循環穩定性

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