锂硫电池正极存在的导电性差、穿梭效应两个问题概述和提高性能的解决方式
锂硫电池穿梭效应抑制及解决途径的研究进展
锂硫电池穿梭效应抑制及解决途径的研究进展段旭彬; 李庆福; 卫慧凯【期刊名称】《《电池》》【年(卷),期】2019(049)005【总页数】4页(P427-430)【关键词】锂硫电池; 金属硫化物; 正极材料; 穿梭效应; 表面吸附; 表面催化【作者】段旭彬; 李庆福; 卫慧凯【作者单位】太原理工大学基础学院山西太原 030600; 太原理工大学化学化工学院山西太原 030600【正文语种】中文【中图分类】TM912.9单质硫为正极的锂硫电池，理论比能量(2 600 Wh/kg)高，且活性物质硫具有价格低廉、储量丰富、无毒和对环境友好等优点，被认为是有望实现商业化的二次电池。
尽管锂硫电池具有许多突出的优点，但由于充放电过程复杂，包括硫的多步氧化还原反应和多硫化物的复杂相变过程，存在一系列可逆反应和歧化反应，会生成多种硫化锂中间产物，如Li2S8、Li2S6、Li2S4、Li2S2和Li2S等[1]。
生成的多硫化物易溶于电解液中，在浓度梯度的作用下会扩散并穿过隔膜，在正负极之间来回穿梭，造成穿梭效应。
目前，人们对硫正极上的充放电机理尚不清晰，尤其是对于S8的电化学反应过程，甚至存在争议。
Y.V.Mikhaylik等[2]认为，单质硫是经过两步电还原被还原为多硫离子，并形成了两个放电平台。
C.Barchasz等[3]采用多种测试技术，对锂硫电池进行研究，发现单质硫是通过三步电还原生成Li2S的，在电还原过程中，伴随有10种歧化反应。
J.Liu等[4]比较了锂硫电池硫正极在碳酸酯类和醚类两种电解液中的电化学行为，认为：硫正极上多硫化物发生的反应是按电化学反应-化学反应(EC)机理进行的，即先经历一电子反应，紧接着进行可逆化学反应，为此，作者认为多硫化物的歧化反应在充放电开始阶段对电池容量的衰减有重要影响，歧化反应又与多硫化物在电解液中的溶解性有关，溶解性越大，容量衰减越慢。
人们一直在寻找方案，通过提高锂硫电池中长链Li2Sn的溶解度，或抑制多硫化物在电极之间穿梭，以提高Li-S电池的性能。
锂硫电池简介
锂硫电池简介简介：锂离子电池（LiCoO2）是单电子脱嵌，锂硫电池是8电子氧化还原，因而有7-8倍的理论容量。
前言：锂电池目前已经广泛应用于日常生活中。
近几年新能源产业被政府大力支持，短时间内锂电领域不论是科研界还是商业圈都被闹得沸沸扬扬。
没拿到诺贝尔奖，老爷子Good Enough哭晕在厕所；三星Note7爆炸门，iphone6S冻死关机；比亚迪放弃磷酸锂铁，转投三元材料；董大妈（董明珠）下台，私人投资珠海银隆；还有最让人闹心的新能源骗保事件，2016，锂电走在风口浪尖。
锂电的简史：锂电池，简称锂电，包含金属锂电池，锂离子电池，锂硫电池，锂空电池等，多数情况下大家指的是目前商业应用的钴酸锂（LiCoO2）。
二十世纪80年代，朝日化学制品公司最早开始研发锂离子电池体系（Li-ion）[1]。
1980年，Good Enough发表了正极层状材料LiCoO2的专利。
1990年sony首先推出技术较为成熟的商业化锂离子电池[15]。
1991年，索尼引入18650电池，并在1992-2006年之间快速发展[2]。
在此之后，锂离子电池以极其惊人的发展速度，迅速取代市场上的Ni-Cd和Ni-MH电池（目前人们意识里充电电池=锂电池，大多数人甚至不知道有这两类可充电电池）。
最为直观的感受就是，换了智能手机之后，大家是每天充电，甚至充电宝不离手的状态。
当今社会更需要一种低成本，无污染，性能稳定，比容量大，能量密度高的新型锂离子电池[7-10]。
就像某手机广告里那样，充电5分钟，通话俩小时。
锂硫电池发展史：锂离子电池有30多年的历史，而锂硫电池更年轻。
1962年，Herbet和Ulam首次提出使用硫作为正极材料，以碱性高氯酸盐为电解质[24]。
早期锂硫体系作为一次电池被研究，甚至还一度商业化生产，但后来被可充电电池取代搁置。
2009年Linda F. Nazar在Nature Materials上提出关于锂硫二次可充放电池，并用CMK-3实现了1320mAh/g的高比容量。
锂硫电池的穿梭效应
锂硫电池的穿梭效应锂硫电池作为一种新型二次电池，在电动汽车、储能系统等领域具有广阔的应用前景。
然而，锂硫电池在实际应用中面临着一个重要的问题，即穿梭效应。
穿梭效应是指锂硫电池中锂离子在充放电过程中来回穿梭于正负极之间，导致电池容量的损失和寿命的缩短。
本文将从锂硫电池的结构特点、穿梭效应的原因和解决方案等方面进行分析。
我们来了解一下锂硫电池的结构特点。
锂硫电池的正极材料是硫化物，负极材料是金属锂或碳材料，电解液是锂盐溶液。
锂硫电池的工作原理是，在充电过程中，锂离子从正极的硫化物材料中脱嵌出来，穿过电解液，嵌入到负极材料中。
而在放电过程中，锂离子则反向穿梭，从负极材料嵌入到正极材料中。
这种穿梭过程是锂硫电池工作的基本原理。
然而，穿梭效应会导致一系列问题。
首先，穿梭过程中，锂离子容易与电解液中的多余硫反应生成锂多硫化物，这会降低电池的利用率并增加电池内阻。
其次，穿梭过程中锂离子与电解液中的锂盐反应，形成固态电解质界面层，进一步限制了锂离子的传输和电池的性能。
此外，锂离子的穿梭也会导致电池正负极材料的损耗，缩短电池的寿命。
那么，穿梭效应的原因是什么呢？穿梭效应的主要原因有两个：一是锂离子在充放电过程中体积变化较大，导致电极材料的膨胀和收缩。
二是锂离子在电解液中的扩散速率较慢，容易产生锂离子浓度梯度，从而引发穿梭效应。
这些原因使锂硫电池在循环过程中产生了较大的体积变化和电解液中锂离子浓度的不均匀分布，从而促使了穿梭效应的发生。
针对锂硫电池的穿梭效应问题，科研人员提出了一些解决方案。
首先，可以采用多孔隔膜来限制锂离子的穿梭。
多孔隔膜可以起到过滤作用，阻止硫化物颗粒的穿梭，并增加电解液中锂离子的扩散速率。
其次，可以通过调控电极材料的结构和形貌来减轻穿梭效应。
例如，可以使用纳米材料或纳米复合材料，增加电极材料的表面积和扩散路径，提高锂离子的传输速率。
此外，还可以利用聚合物电解质包覆硫化物颗粒，形成保护层，减少硫化物颗粒与电解液的直接接触，从而减轻穿梭效应。
锂硫电池穿梭效应_化学吸附_催化_概述说明以及解释
锂硫电池穿梭效应化学吸附催化概述说明以及解释1. 引言1.1 概述锂硫电池作为一种具备高能量密度和安全性能的电池技术，被广泛研究和应用。
然而，锂硫电池在实际使用中存在一个严重的问题，即穿梭效应。
穿梭效应指的是锂离子在充放电过程中在正负极之间发生迁移，导致活性材料的损耗和不稳定性增加，从而影响了电池的循环寿命和能量效率。
因此，研究如何解决锂硫电池中的穿梭效应问题成为当前锂硫电池领域关注的焦点。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分进行阐述和讨论。
首先，在引言部分对锂硫电池穿梭效应进行了概述，并说明了文章的目的与结构。
接下来，第二部分将详细介绍了锂硫电池穿梭效应的定义与基本原理，并分析了影响因素以及相关解决方案。
第三部分将重点关注化学吸附，在介绍其概念与机制前，会先进行材料分类与性能评估的讨论，并进一步探讨化学吸附在锂硫电池中的应用研究进展。
第四部分将讨论催化作用，包括催化反应原理与机制、催化剂选择及设计要点，以及锂硫电池中催化材料的性能优化方法。
最后，在结论部分对已讨论内容进行总结，并展望未来研究方向和其重要意义。
1.3 目的本文旨在全面概述锂硫电池穿梭效应、化学吸附和催化作用，并探索其在解决锂硫电池穿梭效应中的应用。
通过系统分析锂硫电池穿梭效应的影响因素和解决方案，以及介绍化学吸附和催化作用的基本原理和应用进展，可以为更好地理解和改善锂硫电池的性能提供指导。
此外，通过对未来研究方向的展望和重要意义的提示，有助于推动锂硫电池领域的发展并促进相关技术的创新。
2. 锂硫电池穿梭效应：2.1 定义与基本原理：锂硫电池是一种新型的高能量密度二次电池，其正极材料为硫，负极材料为锂或锂合金。
在充放电过程中，由于硫的可溶解性和活性较高，导致在充放电循环中出现了所谓的“穿梭效应”。
穿梭效应指的是硫等离子体在充放电过程中从正极经由电解液迁移到负极，并随之形成固态产物的现象。
穿梭效应主要由两个方面引起：首先是反应中产生的溶剂蒸气对锂阳极表面造成腐蚀，导致硫等离子体特别是亚硫酸盐进行游离；其次是反应过程中形成的可溶性聚合物包裹住锂枝晶，在充放电循环中会发生解聚致使溶液中出现游离的锂离子。
锂硫二次电池正负极界面问题及其解决方案研究
锂硫二次电池正负极界面问题及其解决方案研究锂硫二次电池是一种有着很高能量密度和较低成本的新型电池，也是当前研究的热点之一。
然而，锂硫二次电池中存在一些正负极界面问题，如锂枝晶生长、多余锂氧化和电解液解耦等，这些问题限制了锂硫电池的实际应用。
解决这些问题对于推动锂硫电池的研究和发展具有重要意义。
首先，锂枝晶的生长是锂硫电池中的一个常见问题。
在充放电过程中，锂离子会在正负极间游移，如果电解液中的锂离子在正负极之间形成枝晶，会导致电池内部短路，从而降低电池的效率和寿命。
为了解决这个问题，可以采用一些方法，如限制锂离子的扩散速率、优化电解液的成分、改变正负极材料的结构等。
例如，可以添加一种具有抑制锂离子枝晶生成的添加剂到电解液中，以防止枝晶的生长；另外，可以采用结构更加稳定的负极材料，如碳纳米管等，来减少枝晶的生成。
其次，多余锂氧化是另一个影响锂硫电池性能的问题。
在充放电过程中，锂硫电池会产生一些不可逆反应，导致正负极之间产生多余的锂氧化物，这些多余的锂氧化物会堵塞电池孔隙，影响电池的容量和循环寿命。
为了解决这个问题，可以采用一些方法，如优化电解液的成分、改变正负极材料的结构等。
例如，可以设计一种能够扩散锂离子但不会导致多余锂氧化的电解液，或者设计一种可以促进多余锂氧化物转化为可利用的形式的正负极结构。
最后，锂硫二次电池中的电解液解耦问题也是一个需要解决的关键问题。
在充放电过程中，电极材料会溶解到电解液中，并在电解液中形成溶解物，这些溶解物会堵塞电池孔隙，降低电池的容量和循环寿命。
为了解决这个问题，可以采用一些方法，如优化电解液的成分、改变电极材料的结构等。
例如，可以设计一种能够有效抑制溶解物生成的电解液，或者设计一种能够减少电极材料溶解度的结构。
综上所述，锂硫二次电池正负极界面问题是当前锂硫电池研究中需要解决的重要问题之一。
通过优化电解液成分、改变正负极材料的结构、添加抑制锂离子枝晶生成的添加剂等方法，可以有效地解决锂硫电池的正负极界面问题，提高电池的性能和循环寿命，推动锂硫电池的实际应用。
锂硫电池正负极界面问题研究进展与机理分析
锂硫电池正负极界面问题研究进展与机理分析锂硫电池作为一种具有高能量密度和低环境影响的新一代二次电池，具有广泛的应用前景。
然而，锂硫电池在实际应用中面临着正负极界面问题的挑战，包括锂枝晶生长、极化效应和界面不稳定等现象。
本文通过对锂硫电池正负极界面问题的研究进展和机理分析，以期提供有关解决这些问题的参考意见。
锂硫电池的正负极界面问题主要包括锂枝晶生长、活性物质的极化效应和界面不稳定等问题。
首先，锂枝晶生长是一种常见的界面问题，导致电池内部短路和安全隐患。
锂枝晶的生长与充放电过程中的极化效应有关，主要是由于锂在放电过程中析出和在充电过程中沉积导致的。
其次，电极材料与电解液之间的反应会导致界面不稳定，从而降低电池的循环稳定性和寿命。
针对锂枝晶生长问题，研究人员已经提出了一系列的策略和方法。
例如，通过改变电解液成分、添加添加剂或采用新的电解液体系可以抑制锂枝晶的生长。
此外，研究人员还通过改变电极结构和表面处理来改善电池的循环性能。
例如，使用多孔碳材料作为电极基底可以增加锂的扩散路径，从而减少锂枝晶的生长。
此外，界面工程技术也是抑制锂枝晶生长的重要手段。
例如，将具有高离子导电性和机械韧性的聚合物涂层应用于电极材料表面可以有效地阻止锂枝晶的扩展。
活性物质的极化效应是正负极界面问题的另一个重要方面。
在充放电过程中，活性物质的极化会导致电池的容量衰减和循环稳定性下降。
为了解决这一问题，研究人员已经开展了一系列的工作。
例如，优化电极设计和制备工艺可以提高活性物质的接触性能和电荷传输速率。
此外，添加导电剂和填充剂也可以改善电极材料的导电性和充放电效率。
界面不稳定是锂硫电池正负极界面问题的另一个主要方面。
电极材料与电解液之间的化学反应会导致界面的漏电和材料的损失。
为了解决这个问题，研究人员已经开展了许多工作。
例如，通过表面涂层和界面调控可以改善电极材料与电解液之间的界面稳定性。
此外，使用纳米材料和多孔材料作为电极材料也可以提高电极的界面稳定性和充放电性能。
锂硫电池的穿梭效应理解
锂硫电池的穿梭效应理解穿梭效应的理解电化学储能器件的发展对新能源的高效利用有着至关重要的作用。
其中，锂离子电池已经得到了广泛的应用。
然而现行锂离子电池的能量密度依然不足以满足许多应用需求，因此，理论能量密度高达2600Wh/kg的锂硫电池得到了广泛的关注和研究。
然而锂硫电池在实际应用中，易溶于电解液的多硫化物（中间产物）形成穿梭效应会直接导致差的电池循环寿命。
因此，如何抑制多硫化物的穿梭在锂硫电池正极研究中至关重要。
Shuttle Effect 也叫穿梭效应，指的是在充放电过程中，正极产生的多硫化物（Li2Sx）中间体溶解到电解液中，并穿过隔膜，向负极扩散，与负极的金属锂直接发生反应，最终造成了电池中有效物质的不可逆损失、电池寿命的衰减、低的库伦效率。
为了一直穿梭效应，主要是在正极用高比表面积的具有孔结构的载体（如石墨烯、碳管等）对硫和多硫化物进行物理吸附和禁锢，再进一步的是对载体进行化学修饰，修饰上活性位点，以实现化学吸附。
穿梭效应。
穿梭效应就是硫正极在得到电子后会生成聚硫化合物（polysulfide），聚硫化合物在浓度梯度的影响之下会穿过隔膜去向Li电极那侧的电解液中并与Li金属发生反应，生成的LixSy再回到正极，说白了就是把阳极锂带走了，充电的时候回不去造成Li的损失。
目前来说这个问题还是很大的，有的组在隔膜上进行了修饰，但是效果不大啊，反而对容量造成了不小的损失。
这个问题也对锂硫电池的循环寿命早成了很大的影响。
硫是不良导体，它不能做电极。
好吧电极不导电是不行的，大家就开始想方设法让丫的能导电，什么碳纳米管，石墨烯，炭黑，Super P，乙炔黑whatever 开始往硫里面混合，本身这些导电剂的能量密度低啊，再有一些混合是需要粘合剂的，粘合剂丫的能量密度更低啊！这样硫作为正极的优势没有完全体现出来啊。
这还没完，硫的密度比最后生成的硫化锂和Li2S2都小，导致正极体积变化达到了20%，会导致正极材料在集流体上脱落等问题。
锂硫电池的穿梭效应及解决策略
低 ；另一方面，聚硫化物如果扩散至 负极，会和金属锂发生反应，导致电池 自放电，并且还会破坏负极表面的SEI 膜，造成电池容量的衰减。因此，严重 的穿梭效应会降低活性物质的利用 率，进而导致L i - S电池不可逆容量的 大量损失。
三、穿梭效应的解决策略
穿梭效应是导致L i - S电池电化 学 性 能 恶 化 的 主 要 因 素，因 此，抑 制 聚硫化物的穿梭效应是提高L i - S电 池 性 能 的 关 键，本 文 将 从 正 极、电 解 质、隔膜和锂负极 4个方面来阐述如 何抑制穿梭效应。 1. 从正极阻止聚硫化物的溶解扩散
wang等采用碳化法制备了多壁碳纳米管介孔碳基体将活性硫包覆到基体中得到了mwcntmesocs复合正极材料05c下电池初始放电容量高达1114mahg100次循环后库正极反应负极反应膜内传导迁至负极飞梭效应迁至正极易溶与锂片发生化学反应副反应金属锂电沉积溶出易溶放电充电放电充电微溶难溶s8li2s8li2s8li0lis8li2s6li2s6li2s4li2s4li2s2li2s2li2sli2s图2lis电池的穿梭效应示意图8indd182018949
L i - S电池的放电反应式如式 ① ～⑧ 所 示，充 电 反 应 过 程 为 放 电 反应逆过程 ：
Pc Li0 负极
Li2S8 Li2S6 Li2S4
充电 放电
Li2S
负极
电压/V
S8 3.0
充电
1.5 Li2S8 Li2S6 Li2S4 Li2S2
放电
Li2S
0
1 000
比容量/（mAh/g）
碳材料具有电导性好、比表面积 大、且与硫单质之间有很好的亲和力 等 优 点，可 为 硫 提 供 导 电 网 络，减 少 绝缘产物L i2S2和L i2S的堆积以及缓解 体积膨胀应力，能形成有效的物理吸 附，减缓穿梭效应。常用的碳材料有 ： 碳纳米管（CNT）、介孔碳（MC）、碳球 和石墨烯等。
锂硫二次电池：问题与解决方案综述
锂硫二次电池：问题与解决方案综述锂硫二次电池：问题与解决方案综述锂硫二次电池是一种新型的高能量密度电池，具有良好的环境友好性和低成本特点。
它的能量密度是传统锂离子电池的几倍，并且锂与硫的原料相对廉价和丰富。
因此，锂硫二次电池被认为是未来能源存储领域的一种潜在替代技术。
然而，锂硫二次电池在商业化应用的过程中，也面临着一些问题需要解决。
本文将对这些问题进行综述，并提出相应的解决方案。
1. 酸碱平衡问题锂硫二次电池的电解液主要是含有锂盐和有机溶剂的酸碱溶液。
在放电过程中，硫化锂生成多个溶液中间产物，并同时产生锂离子和电子。
然而，由于锂离子和硫化锂之间的电子传输速度较慢，容易导致电极表面的锂离子浓度下降，形成酸碱不平衡。
这会导致电池的容量衰减和循环性能下降。
解决方案：目前的解决方案主要是通过添加聚合物导电剂来提高电极的导电性能，以增强锂离子和电子的传输速度，并促进锂离子的均匀分布。
另外，也可以通过添加适量的缓冲溶液来调节电池的酸碱平衡，提高电池的循环性能。
2. 硫化锂枝晶问题在锂硫二次电池的充放电过程中，硫化锂会形成枝晶结构。
这些枝晶结构容易穿透电解液和隔膜，导致电池内部的短路，降低电池的安全性能。
解决方案：目前的解决方案主要是通过在电解液中添加一定的添加剂，如锂盐、聚合物添加剂和纳米颗粒等来抑制硫化锂的枝晶生长。
此外，也可以通过控制电池的充放电速率和温度来减少硫化锂的枝晶生长。
3. 电池寿命问题锂硫二次电池的寿命主要受到锂枝晶的生长和电解液中的活性物质损失的影响。
锂枝晶的生长会导致电池的自放电速率增加，并且降低电池的充放电效率。
而电解液中的活性物质损失会导致电池容量的衰减。
解决方案：目前的解决方案主要是通过改变电池的结构和材料，并优化电解液的组成来提高电池的寿命。
例如，可以设计纳米级的电极结构，以增加电池的比表面积，减少锂枝晶的生长。
此外，也可以研究新的电解液体系，如固态电解液和多电子电解液等，以提高电解液中的活性物质的存储和释放能力。
锂硫电池硫基复合正极材料发展综述
锂硫电池硫基复合正极材料发展综述唐泽勋;叶红齐;韩凯;王治安【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2017(036)010【摘要】硫正极材料具有比容量高、资源丰富、环境友好等特点,由它与锂金属负极组成锂硫电池是一种极具应用前景的高能量密度的电池体系,在市场上有着极大的发展空间.硫基正极材料作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池性能的关键之一,也是目前的研究重点.然而锂硫电池还存在着一些比较严重的问题,如硫的导电性差、"穿梭效应"和锂晶枝等.本文综述了近几年国内外锂硫电池硫正极材料在单质硫、金属硫化物和有机硫化物三个方面的最新研究进展,并展望了锂硫电池硫正极材料的发展方向.%Sulfur cathode material has the advantages of high specific capacity, abundant resources and environmental benignity. Lithium-sulfur battery based on sulfur cathode and lithium metal anode is regarded as a promising battery system with high energy density, which would have a great space for development in the market. Sulfur cathode material, as one of the essential ingredients for lithium-sulfur battery, is the key to improve the battery performance, and also one of the current research focus. However, there are still some serious problems for lithium-sulfur battery, such as poor conductivity of sulfur, shuttle effect and lithium dendrite. In this review, the recent research progress at home and abroad of sulfur cathode materials, including elemental sulfur, metal sulfides andorganic sulfides are introduced, and their development trend is also prospected.【总页数】11页(P1-11)【作者】唐泽勋;叶红齐;韩凯;王治安【作者单位】中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083;中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083;中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083;中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TM912.9【相关文献】1.1,3-二氧戊环基LiCF3SO3电解液对锂硫电池正极材料单质硫的电化学性能影响[J], 苑克国;王安邦;余仲宝;王维坤;杨裕生2.锂硫电池硫基碳正极材料的研究进展 [J], 杨果;马壮;杨绍斌;沈丁3.锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能 [J], 李巧乐;燕映霖;杨蓉;陈利萍;秦海超;史忙忙;魏一奇4.锂硫电池硫基碳正极材料及其改性研究进展 [J], 杨昆鹏; 万亚萌; 严俊俊; 何海霞; 李涛; 任保增5.硫-纳米碳复合柔性正极材料的制备及其在锂硫电池中的应用 [J], 邵姣婧;吴旭;龙翔;刘美丽;黄鑫威;庞驰;孙奇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
锂硫电池目前存在的问题及改进方法
锂硫电池目前存在的问题及改进方法锂硫电池的研究始于20世纪70年代，是一种由硫（S）复合正极、金属锂(Li)负极和两者之间的电解质组成的储能体系电池，相比钠离子电池，镁离子电池，铝离子电池，锌离子电池等新型二次电池体系来说，锂硫电池拥有高能量密度——2600 Wh/kg、宽的工作温度—— -30 至60 ℃，低电极材料成本，对环境污染较少，被认为是最有前途的新型二次电池体系。
其发展过程可以分为以下三个阶段：1.如何让锂硫电池变得可充电：1970—2002这一阶段，如何让锂硫电池变得可充电，其本质是寻找合适电解质，让锂离子和多硫化锂能够可逆转变，实现了电池从一次电池到二次电池的转变。
但是效果很不理想，充电只有10来次左右。
2.如何提升锂硫电池正极：2002—2014锂硫电池通过纳米碳硫复合正极和硝酸锂添加剂使得电池从最初只有几次循环寿命到上千次的循环寿命，但是致命的问题就是负极锂枝晶和死锂的形成。
3.如何保护锂硫电池负极：2014—至今如何防止锂枝晶和死锂的形成，保护锂硫负极一直是目前的研究重点。
目前在不断的研究过程中，锂硫电池主要存在以下几个方面的缺陷，总结一些改进的方法。
一．穿梭效应放电过程中的长链中间产物Li2Sn（n为4≤n≤8）易溶解在有机电解液中，导致活性物质硫的减少。
在正极溶解的长链Li2Sn穿过隔膜到负极与金属锂反应，被还原成短链的Li2Sn（n为1≤n<4）；而充电时，负极的短链Li2Sn又会穿过隔膜回到正极，被氧化成长链的Li2Sn。
这个过程就是锂硫电池的“穿梭效应”。
“穿梭效应”可导致锂硫电池中活性物质损失，金属锂负极被腐蚀，造成库仑效率低和循环寿命短等问题。
改进方法：1.对电池隔膜进行改性1）有研究者制造出了Mo S涂层的隔膜，在一定程度上良好的润湿性，可以实2现锂离子快速扩散，另外该新型隔膜还具有良好的化学吸附性能。
在一定程度上减少了穿梭效应，提高了电池的循环寿命。
锂硫电池正极材料的研究进展
锂硫电池正极材料的研究进展摘要：锂硫电池具有高达2600 Wh▪kg-1的理论比能量以及1672 mAh▪g-1的理论比容量，远大于现阶段使用的商业化二次电池，被越来越多人所关注。
本文主要介绍了锂硫电池正极材料的研究进展，从结构调控型碳/硫复合正极材料、非金属元素表面修饰碳/硫复合正极材料、非碳添加剂/硫复合正极材料这三个方面进行说明，以此来突破锂硫电池目前所存在的问题。
关键词：锂硫电池；正极材料锂硫电池由单质硫正极、电解液、隔膜和金属锂负极构成。
反应机理为电化学机理，以硫为正极反应物质，以锂为负极。
在构成锂硫电池的四个部分中，正极具有极为重要的作用。
因此，大量的研究者都希望通过对正极材料的设计来攻克锂硫电池目前主要存在的单质硫导电性差、充放电产物绝缘、中间产物具有穿梭效应与活性物质的体积膨胀等本征问题，从而实现锂硫电池的商业化生产。
依照不同的设计角度，正极材料大体分为以下几类：1.结构调控型碳/硫复合正极材料碳材料广泛存在于自然界中，具有稳定的理化性质。
碳材料的引入可以显著提高正极材料的导电性，并有效缓冲活性物质的体积膨胀，避免了充放电过程中正极电极结构的粉化与脱落。
（1）多孔碳多孔碳是以碳质材料为结构基元组成的具有多孔结构的功能材料。
根据碳材料孔径分布，可以将其分为微孔（孔径小于2 nm）、介孔（孔径在2~50 nm 之间）、大孔（孔径大于50 nm）、和分级孔（具有多种孔道结构）碳材料。
其高孔隙率和高比表面积有利于硫的储存和均匀分布，并且多孔结构对多硫化物溶解和扩散具有抑制作用，有效减缓了“穿梭效应”，提高了电池的电化学性能和稳定性[1]。
（2）分级多孔碳微孔碳具有较高的比表面积，能确保单质硫在导电骨架中的分散和接触，同时其强物理吸附能力可以有效抑制“穿梭效应”。
但是微孔难以负载大量的活性物质，限制了电池整体的能量密度。
介孔碳较微孔碳具有更高的硫负载量，并能有效地缓解充放电过程中的体积膨胀。
锂硫 穿梭效应
锂硫穿梭效应锂硫电池是一种高能量密度的电池体系，具有高容量和低材料成本的优势，被广泛用于电动汽车和可再生能源储存领域。
然而，锂硫电池在循环稳定性和寿命方面仍然存在一些挑战，其中之一就是锂硫电池的穿梭效应。
穿梭效应是指在锂硫电池的循环过程中，锂离子在电解液和硫正极之间反复迁移，形成锂金属枝晶或锂聚合物膜，从而导致电池性能的衰退和寿命的降低。
穿梭效应可分为两种类型：电解液穿梭和锂枝晶穿梭。
电解液穿梭是指电解液中溶解的锂离子在充放电过程中通过锂硫电池的隔膜迁移到负极上。
这些迁移的锂离子会与金属锂发生反应形成锂金属枝晶，进一步破坏电池内部的结构，并导致电池容量的衰减。
此外，电解液的蒸发也会形成锂聚合物膜，增加锂离子迁移的路径，加剧穿梭效应。
锂枝晶穿梭是指锂离子在循环过程中通过硫正极与负极之间的隔膜迁移到硫正极上，形成锂金属枝晶。
这些锂金属枝晶会不断生长，并扩散到电解液中，从而引起电池的短路和内部结构的破坏，导致电池容量的衰减和寿命的缩短。
穿梭效应的存在给锂硫电池的应用带来了许多问题。
首先，电池的循环稳定性受到严重影响，循环过程中电池的性能会逐渐下降。
其次，锂金属枝晶的形成会导致电池的安全性下降，甚至引发火灾和爆炸等严重事故。
最后，穿梭效应的存在限制了锂硫电池的循环寿命和可靠性，降低了电池的使用寿命和性能。
为了解决锂硫电池的穿梭效应问题，研究人员采取了多种措施。
一种常见的方法是改进电解液和隔膜的性能，减少锂离子穿梭的可能性。
例如，使用具有高锂离子选择性的隔膜和稳定的电解液可以有效抑制锂离子在充放电过程中的迁移。
此外，添加锂聚合物抑制剂或表面涂覆锂离子聚合物膜也可以减少穿梭效应的发生。
另一种方法是改进硫正极的结构和性能，增强硫正极对锂离子的吸附和反应能力。
一些研究人员通过改变硫正极的孔隙结构和材料形态，提高硫正极的电化学活性和稳定性。
例如，利用多孔碳材料包覆硫正极，可以提高硫正极的电化学活性和抗穿梭效应能力。
锂硫_凝胶电解质遇到的问题_概述说明以及解释
锂硫凝胶电解质遇到的问题概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文旨在探讨锂硫凝胶电解质遇到的问题，并提供相关的解释和可能的解决方案。
锂硫凝胶电解质作为一种新兴的电池材料，具有高能量密度、绿色环保等优点，在能源领域引起了广泛关注。
然而，随着其应用范围的不断扩大，也暴露出了一些问题。
因此，深入了解这些问题并寻找解决方案具有重要意义。
1.2 文章结构本文主要包括以下部分：引言、正文、锂硫凝胶电解质问题详细说明、可能的解决方案和改进措施以及结论与展望。
正文部分将介绍锂硫凝胶电解质的基本概念和工作原理，然后对其遇到的问题进行总体概述，并详细说明各个问题的原因和影响。
接下来将提供可能的解决方案和改进措施，以期改善锂硫凝胶电解质所面临的问题。
最后，在结论与展望部分对整篇文章进行总结，并对未来研究方向进行展望。
1.3 目的本文的目的是全面了解锂硫凝胶电解质遇到的问题，并提供可能的解决方案和改进措施。
通过对这些问题进行深入研究，可以帮助我们更好地理解锂硫凝胶电解质在实际应用中所面临的挑战，并为相应领域的科学家和工程师提供有用的参考。
同时，通过提出可能的解决方案和改进措施，有助于推动锂硫凝胶电解质技术在未来的发展并促进其应用范围的拓宽。
2. 正文：2.1 锂硫凝胶电解质介绍锂硫凝胶电解质是一种新型的固态电解质，在锂硫电池中起着重要的作用。
它由聚合物基体和多孔凝胶相组成，具有高离子导电性、良好的机械强度和化学稳定性等特点。
与传统液态电解质相比，锂硫凝胶电解质具有更高的安全性和稳定性，同时可以提供更高的能量密度。
2.2 锂硫电池的工作原理锂硫电池是一种新型的高能量密度储能设备，其工作原理基于锂与硫之间的反应。
当锂离子从阳极进入正极时，硫物质会接纳这些离子并转化为多个形式不同但均含有锂的二次产物。
在充放电过程中，这些二次产物会发生溶解和沉积，并通过凝胶相进行分散。
2.3 锂硫凝胶电解质遇到的问题概述然而，锂硫凝胶电解质在实际应用中仍然面临一些挑战和问题。
保护锂负极和提高锂硫电池循环性能的一种有效途径
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３、结论
图３．ＬｉＯＤＦＢ和ＤＯＬ／ＤＭＥ之间可能存在的反应
以上结果表明，ＬｉＯＤＦＢ与电解液中的其他物质发生一系列的化学反应，生成的物质推动了钝化膜的生 成，从而能够提高电池的循环性能和库伦效率。该过程简化为图４。
近来，随着电动车和其它一些电能驱动系统的发展，开发具备高比能量和长循环寿命的可充放电电池 正变得越来越重要。开发锂硫电池是一种良好的备选方案。但锂硫电池要实现商业化，还存在几个关键问 题需要解决。其中一个问题是锂硫电池中存在的飞梭效应，导致活性物质的利用率降低，而且很大程度影 响电池的库伦效率。
为了解决这个问题，我们选择ＬｉＯＤＦＢ作为电解液添加剂，并实验得出添加合适的量。ＬｉＯＤＦＢ的添加 可以在锂负极表面形成一层钝化膜，从而抑制多硫化物和锂负极之间发生的副反应，提高电池的循环性能。 １、模拟方法及参数设置
第七届国际分子模拟与信息技术应用学术会议
保护锂负极和提高锂硫电池循环性能的一种有效途径
钱骥¨，叶玉胜＂，陈人杰¨，吴锋１１ １）（北京理工大学化工与环境学院）
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Key words: lithium/sulfur battery; cathode material; carbon material; shuttle phenomenon; polymer material
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Email:hxzjy@ 指导老师 前沿文献分析
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关键词： 锂硫电池 正极材料 碳材料 穿梭效应 聚合物材料 Two key issues in lithium-sulfur battery’s cathode: poor conductivity and shuttling effect, outlines and solutions to improve the performance
前沿文献分析
2
锂硫电池正极存在的导电性差、穿梭效应两个问题概述和提高性能的解决方式
黄晓1 王晓莉2 （中国科学技术大学 化学与材料科学学院材料系 230026）
摘要
当今社会，如何取代或者减少引擎中使用的化石燃料是件很有挑战的问题。近几十年来发展的传统锂离子电池技 术为解决这个问题提供了奠基石但却无法解决问题。原因在于，传统锂离子电池的理论比容量仅仅只有 300mAh/g， 难以满足电动交通工具的能量供给的需求——或者说，维持需求的电池系统的成本太高以至于无法大规模生产与商业 化。而锂硫电池是最有希望成为下一代高比容量化学电池之一。早在上个世纪六十年代，人们就开始研究硫正极，却 直到最近四年才有很大的突破。其中，美国的 SION POWER 公司已经初步实现了锂硫电池的产品化。相比于现在应 用最广泛的锂离子电池，使用价格便宜、含量丰富的硫正极的锂硫电池可以提供五倍左右的容量。 最近几年，相关研究在解决硫正极核心问题上取得了一些突破性的进展。研究者通过使用碳材料或者导电的高分 子材料将导电性极其差的硫包裹起来，一方面增加硫正极的导电性，另一方面这些材料“困住”充放电过程（氧化当 然还原过程）中产生的多硫化物（穿梭效应主要元凶），保护负极材料。当然，这些多硫化物仍然是提高锂硫电池循 环寿命和容量保持的一大难题。目前，使用介孔的碳材料和阵列设计的多孔碳颗粒包裹硫，已经实现了一百次循环保 持 900mAh/g 以上的容量。为了限制多硫化物的溶解，人们使用聚合物包裹硫/碳正极，得到了惊人的容量保持率 （90%首次容量）。
1 2013（秋季） 前沿科学信息分析与研究考核作业 成绩：
论 文 题 目 (中文)：锂硫电池正极存在的导电性差、穿梭效应两个问题概述和提高性能的解决方式 论 文 题 目 (英文)：Two key issues in lithium-sulfur battery’s cathode: poor conductivity and shuttling effect, outlines and solutions to improve the performance 姓名：黄晓 学号：SC13014127 Email:hxzjy@ Tel:18019930565 导师：温兆银 院系：（上海）上硅所能源与二次电池课题组 （中科大，代培）化学院与材料科学学院材料科学与工 程系 本文指导教师：王晓莉 关键词中文：锂硫电池 正极材料 碳材料 穿梭效应 聚合物材料 关键词英文：lithium/sulfur battery; cathode material; carbon material; shuttle phenomenon; polymer material 布尔逻辑检索式： 九月份工作 WOS:TS=("lithium sulfur" OR "lithium-sulfur" OR "lithium/sulfur" OR "Li-S" OR "Li/S" OR "Li S") AND TS=(batter* OR cell) AND TS=(cathode AND mechanism) AND PY=(2009-2013) EI:("lithium sulfur" OR "lithium-sulfur" OR "lithium/sulfur" OR "Li-S" OR "Li/S" OR "Li S") wn KY AND (batter* OR cell) wn KY AND (cathode AND mechanism) wn KY AND (2009-2013) wn YR SCOPUS:TITLE-ABS-KEY("lithium sulfur" OR "lithium-sulfur" OR "lithium/sulfur" OR "Li-S" OR "Li/S" OR "Li S") AND TITLE-ABS-KEY(cathode AND mechanism) AND PUBYEAR > 2008 一月份工作 WOS:TS=("lithium sulfur" OR "lithium-sulfur" OR "lithium/sulfur" OR "Li-S" OR "Li/S" OR "Li S") AND TS=(batter* OR cell) EI:("lithium sulfur" OR "lithium-sulfur" OR "lithium/sulfur" OR "Li-S" OR "Li/S" OR "Li S") wn KY AND (batter* OR cell) wn KY SCOPUS:TITLE-ABS-KEY(“lithium sulfur” OR “lithium-sulfur” OR “lithium/sulfur” OR “Li-S” OR “Li/S” OR “Li S”) AND TITLE-ABS-KEY(batter* OR cell) 使用数据库名称：SCIE、EI、SCOPUS 数据库使用年代：1970~2014 本文的研究目的：对于 Li-S 电池正极材料两个关键问题的解释和近几年解决方式的进展的综述 参考文献的年代范围：1943~2013 文献撰写类型：专题性综述，主要介绍的工作是 waterloo 大学关于正极材料的研究
1 引言
传统锂离子电池（摇椅式锂离子浓差电池）的能量 密度达到瓶颈之际，研究者们将兴趣放在了能量密度更 大的化学电池体系。作为自然界含量丰富并且价格低廉 的硫正极材料，锂硫电池吸引了人们的注意。从理论上 来说，如果所有的硫单质完全反应生成 Li2S，锂硫电 池的比容量可以达到 1675mAh/g，能量密度可以达到 2600Wh/kg，是目前大量应用的传统锂离子电池的容量 的 3-5 倍。虽然锂硫电池的研究已经有几十年历史，在 工业化上还是存在很多问题，譬如循环寿命短，库伦效 率低，安全性差，自放电大，容量保持差。这些问题的 根源来自于硫作为正极，其电子电导率极其低（约 1030 S/m）；还有在充放电过程中生成的多硫化物（PS， Li2Sn）。多硫化物溶解于电解质，穿梭到负极与负极 反应造成的穿梭效应，使得负极活性物质减少。同时， 由于 S 和 S 的还原产物 Li2S、Li2S2 均不导电，多硫化 物可以给导电性差劲的正极增加电子电导率和离子电导 率。从而，在设计正极材料的时候，一方面得考虑加入 电子电导率高的材料与 S 复合，另一方面得将多硫化 物困在正极附近，阻止或者减少其溶解在电解质中造成 穿梭效应。
Huang Xiao1 Wang Xiaoli2 (Department ofቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMaterials Chemistry and Materials Science, University of Science and Technology of China 230026)
Abstract
The goal of replacing combustion engines or reducing their use presents a daunting problem for society. Current lithiumion technologies provide a stepping stone for this dramatic but inevitable change. However, the theoretical gravimetric capacity (∼300 mAh/g) is too low to overcome the problems of limited range in electric vehicles, and their cost is too high to sustain the commercial viability of electrified transportation. Sulfur batteries is the one of the most promising next generation high capacity cells. Since the 1960s, researchers have studied sulfur as a cathode, but only recently have great strides been made in preparing viable composites that can be used commercially. Now the SION POWER company has initially achieved product of lithiumsulfur batteries Sulfur batteries implement inexpensive, earth-abundant elements at the cathode while offering up to a five-fold increase in energy density compared with present Li-ion batteries. Over the past few years, researchers have come closer to solving the challenges associated with the sulfur cathode. Using carbon or conducting polymers, researchers have wired up sulfur, an excellent insulator, successfully. These conductive hosts also function to encapsulate the active sulfur mass upon reduction/oxidation when highly soluble lithium polysulfides(leading to shuttle phenomenon) are formed. These soluble discharge products remain a crux of the Li/S cell and need to be contained in order to increase cycle life and capacity retention. The use of mesoporous carbons and tailored designs featuring porous carbon hollow spheres have led to highly stable discharge capacities greater than 900 mAh/g over 100 cycles. In an attempt to fully limit polysulfide dissolution, methods that rely on coating carbon/sulfur composites with polymers have led to surprisingly stable capacities (∼ 90% of initial capacity retained).