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鋰硫電池

鋰硫電池

鋰硫電池的正極材料

  •   含硫正極復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)過程及其不導(dǎo)電等物理性質(zhì)決定了鋰硫電池的研發(fā)難點(diǎn)主要在正極材料。為實(shí)現(xiàn)鋰硫電池的應(yīng)用,一方面要提高正極材料的導(dǎo)電率,來提高正極活性物質(zhì)的利用率,提高電池的倍率性能;另一方面還要抑制容量的不可逆損失,以提高電池的循環(huán)性能。最近10 年的工作,主要集中在有機(jī)硫化物材料和硫/碳復(fù)合材料兩種正極材料。

鋰硫電池的特點(diǎn)

  •   鋰硫電池在工作期間在鋰金屬表面上形成了均勻和密實(shí)的LiF保護(hù)層而穩(wěn)定鋰金屬。鋰硫電池防止了鋰的樹枝狀晶體的形成和抑制了電解溶液的分解,從而提供了改進(jìn)的循環(huán)特性和優(yōu)異的充/放電效率。另外,鋰硫電池阻止了多硫化物和鋰金屬表面的反應(yīng),從而防止電池壽命下降。

鋰硫電池的優(yōu)缺點(diǎn)

  •   優(yōu)點(diǎn):鋰硫電池除了能量密度非常高外,還具有一些其他的優(yōu)點(diǎn),一方面,其生產(chǎn)成本比較低。由于鋰硫電池主要采用硫和鋰作為生產(chǎn)原材料,生產(chǎn)成本相對較低;另一方面,鋰硫電池在使用后低毒,并且回收利用的能耗較小。

      缺點(diǎn):鋰硫電池最大的劣勢在于其循環(huán)利用次數(shù)比較低。因?yàn)榱蚧酆衔锞哂蟹€(wěn)定性比較差的特性,所以當(dāng)前鋰硫電池的循環(huán)利用次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的磷酸鐵鋰電池,這就極大的增加了鋰硫電池的使用成本。

鋰硫電池面臨的困難

  •   (1)無論是“荷電態(tài)”的單質(zhì)硫還是“放電態(tài)”的硫化鋰,都是絕緣體,對傳遞電荷造成很大的困擾;

     ?。?)硫化鋰可逆性差,很容易失去電化學(xué)活性;

     ?。?)反應(yīng)過程中,正負(fù)極材料的體積變化巨大,He 等通過研究指出反應(yīng)中負(fù)極鋰被消耗而使體積縮減,同時(shí)正極將膨脹,巨大的體積變化會(huì)破壞電極結(jié)構(gòu);

      (4)中間產(chǎn)物多硫化物易溶解在電解質(zhì)中,并向負(fù)極遷移,造成活性物質(zhì)損失和較大的能量損耗;

     ?。?)鋰硫電池在充放電過程中生成多種中間產(chǎn)物,且多種化學(xué)反應(yīng)伴隨電化學(xué)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生,過程極其復(fù)雜,反應(yīng)機(jī)理仍不明確。

鋰硫電池的未來展望

  •   過近10 年研究者不斷地探索,人們對這一體系的認(rèn)識(shí)逐漸深入。在對電極反應(yīng)過程條分縷析的基礎(chǔ)上,復(fù)雜的硫反應(yīng)機(jī)理也日漸清晰,這些基礎(chǔ)性的工作,為我們根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有優(yōu)異電化學(xué)性能的活性材料和電極結(jié)構(gòu)提供了指導(dǎo)。也需要指出,在基礎(chǔ)研究方面仍有許多工作要做,如電極界面?zhèn)髻|(zhì)/ 傳荷機(jī)制、反應(yīng)中間體的性質(zhì)、速率控制步驟等。硫材料是鋰硫電池成功的關(guān)鍵,除需繼續(xù)深入研究如何提高其能量密度、功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性外,探索新的硫材料的電極反應(yīng)和電極存在狀態(tài)將是十分有意義的工作。電解液組成對鋰硫電池性能也有顯著的影響,繼續(xù)尋找合適的電解液成分和配比,開發(fā)特殊環(huán)境下使用的功能電解液將極大推動(dòng)鋰硫電池實(shí)用化進(jìn)程。還有就是要重視整個(gè)電池體系的系統(tǒng)研究,尤其是正負(fù)極間的相互作用,對鋰硫電池而言,這是比較突出的一個(gè)問題。

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