锂硫电池研究现状分析-——个人总结2012-7-12
锂硫电池动力电池产品的优劣势分析
锂硫电池动力电池产品的优劣势分析锂硫电池是一种备受关注的新型电池技术，被广泛应用于动力电池产品中。
本文将对锂硫电池动力电池产品的优劣势进行分析，以帮助读者更好地了解该产品。
一、优势分析1. 高能量密度：锂硫电池具有较高的能量密度，可以存储更多的电能，在同样体积和重量下，相比其他类型的电池，它能提供更长的续航里程和更持久的使用时间。
2. 长寿命：锂硫电池的循环寿命较长，可以经受更多次的充放电循环而不影响性能。
这意味着锂硫电池在长期使用中能够保持较高的性能表现，延长了产品的使用寿命。
3. 低自放电率：锂硫电池的自放电率较低，即使长时间不使用，也不会导致电池能量的丢失。
这使得锂硫电池成为了一种非常适合应用于无线设备等待机状态的电池产品。
4. 环境友好：相比传统的镍镉电池和镍氢电池等，锂硫电池中不含有有害物质，对环境的影响更小。
它被认为是一种比较环保的动力电池产品。
二、劣势分析1. 安全风险：锂硫电池在过充和过放时存在较高的安全风险。
过充会导致电池产生气体，增加爆炸的风险；而过放则会降低电池的寿命。
因此，对于锂硫电池的管理和控制要求更加严格。
2. 循环性能下降：锂硫电池的电池循环性能会受到温度和电流等因素的影响，特别是在高温环境下、高电流快速充放电时，循环性能会明显下降。
这需要在实际应用中做好温度管理和电流控制，以保证其性能。
3. 体积和重量较大：相比其他类型的电池，锂硫电池的体积和重量较大。
这在一些轻便设备和电动工具中可能会造成不便，需要更大的空间和力度来支撑。
4. 价格较高：与传统的动力电池相比，锂硫电池在成本上相对较高。
这主要归因于该技术的研发和生产成本较高，随着技术的进步和成熟，预计价格会逐渐下降。
结论：锂硫电池作为一种新兴的动力电池技术，具有高能量密度、长寿命、低自放电率和环境友好等优势。
然而，它也存在着安全风险、循环性能下降、体积和重量较大以及价格较高等劣势。
在实际应用中，需要根据具体的需求和情况综合考虑这些因素，并通过科学的管理和控制来充分发挥锂硫电池的优势，提高其在动力电池产品中的应用程度。
锂硫电池电池研究的背景及意义
锂硫电池电池研究的背景及意义锂硫电池，这个名字听起来就像是个高科技的东西，对吧？其实它真的是高科技，但又不完全是让人摸不着头脑的那种高科技。
说白了，锂硫电池就是一种新型的电池，理论上比我们现在用的锂离子电池更强大、更环保。
想象一下，如果你能用更轻、更持久的电池充电，不仅能减少充电的次数，还能减少废电池的污染，这岂不是一举两得？但是，这背后有很多技术难题得克服，别急，咱慢慢来聊。
锂硫电池的优势，嘿，真的是有些“惊艳”。
大家知道，电池的关键问题之一就是能量密度，简单来说就是：电池能储存多少能量。
现在的锂离子电池，尽管在市场上很常见，甚至是手机、笔记本电脑里不可或缺的角色，但它的能量密度还是有局限的。
而锂硫电池，哦，想想看，它的能量密度几乎是锂离子电池的三倍！换句话说，锂硫电池能存储更多的能量，能让电动车跑得更远，手机用得更久。
如果这项技术成熟了，那可真是“好事成双”，不仅能够为我们的日常生活带来便利，还能帮助环境减负，少了那堆堆的废旧电池。
嘿，这样一来，不仅电量提升，连我们的“地球大计”也能顺便拯救一番呢。
可是，问题也来了。
虽然锂硫电池有着这样那样的优势，但要把它从实验室搬到市场，哎呀，难度也大得很。
锂硫电池的寿命，哎呀，真是一个大坑。
就像你刚买了辆新车，开得还挺爽，但过了一阵子，车的各个零件开始“罢工”了，电池的性能也是差不多。
硫和锂反应时容易产生一些副反应，导致电池的循环寿命大打折扣，这就让人很头疼了。
试想一下，电池寿命短，用户就得频繁更换，哪怕电池性能再好，也很难让消费者买账。
所以，如何解决锂硫电池的寿命问题，简直是个“命悬一线”的难题，影响着这项技术的普及和发展。
再说了，锂硫电池在充电速度上也不怎么样。
现在的锂离子电池虽然也有些瓶颈，但至少它充电挺快的，插上电源没多久，电池就满了。
可锂硫电池呢？充电慢得像慢炖锅里煮汤一样，你得有点耐心。
如果这种情况一直持续，那谁愿意等着电池充满呢？大家都希望能快速充电，尤其是在忙碌的日常生活中，谁有时间一等就是几个小时呢？锂硫电池的成本也不低。
锂硫电池正极材料研究现状
锂硫电池正极材料研究现状1. 引言锂硫电池作为一种有潜力的高能量密度能源储存技术，近年来引起了广泛的关注。
正极材料是锂硫电池中的关键组成部分，直接影响到电池的性能和循环寿命。
本文将深入探讨锂硫电池正极材料的研究现状。
2. 传统锂硫电池正极材料2.1. 硫硫是传统锂硫电池的主要正极材料。
它具有丰富的资源、良好的电化学性能和较高的理论容量，但也存在一些问题。
硫在锂电池中易溶解、极化严重和体积膨胀大等缺点，导致锂硫电池循环寿命较短。
2.2. 多孔炭材料为了解决硫的问题，研究人员开始将多孔炭材料作为锂硫电池的正极材料。
多孔炭材料具有良好的导电性和吸附性能，能够增加硫的反应面积和固定硫，从而提高锂硫电池的性能。
2.3. 复合材料为了进一步提高锂硫电池的性能，研究人员将多孔炭材料与其他功能材料进行复合。
例如，将多孔炭材料与导电聚合物、纳米颗粒或二维材料进行复合，可以提高锂硫电池的导电性、离子传递性和机械稳定性。
3. 新兴锂硫电池正极材料3.1. 金属硫化物金属硫化物是近年来研究的新兴锂硫电池正极材料之一。
金属硫化物具有较高的比容量和较好的循环稳定性，能够缓解锂硫电池在循环过程中的极化问题。
3.2. 导电聚合物导电聚合物是另一种新兴的锂硫电池正极材料。
导电聚合物不仅具有良好的导电性能，还能够固定硫，并提高锂硫电池的循环寿命。
3.3. 纳米颗粒纳米颗粒作为锂硫电池正极材料也受到了广泛关注。
纳米颗粒具有较大的表面积和较好的离子传输性能，可以提高锂硫电池的能量密度和循环寿命。
4. 锂硫电池正极材料的改进策略针对锂硫电池正极材料存在的问题，研究人员提出了一些改进策略，包括： 1. 寻找更稳定的正极材料，以提高锂硫电池的循环寿命。
2. 设计合理的复合材料，以平衡锂硫电池的电化学性能。
3. 探索新的功能材料，以提高锂硫电池的能量密度和功率密度。
4. 优化电池结构和界面设计，以提高锂硫电池的使用寿命和安全性。
5. 结论锂硫电池正极材料的研究已经取得了一定的进展，但仍然存在一些挑战和问题。
锂硫电池正极研究现状及产品化前景
持８ ５ ％。 ｗｕ 等 对硫／ 碳纳米 管复合 正 极进行聚苯胺 （ Ｐ Ａ Ｎｉ ） 包覆 ， 进一步提高 硫／ 碳纳米管复合正极材料的电化学性 能， 得 到的聚 苯胺一 硫／ 多 壁碳 纳米 管 （ Ｐ ＡＮｉ — Ｓ ／ ＭＷＣ Ｎ Ｔ） 复合正极材料首次 放 电比 量高达 １ ３ ３ ４ ． ４ ｍＡ ｈ ／ ｇ ， ８ ０ 次循 环后 ， 放 电比容量仍保持９ ３ ２ ． ４ ｍＡｈ ／ ｇ ， 库 伦 效 率 是未 包 覆 正极 材 料 的 ２ 倍，
达９ ２ ． ４ ％。
等 。 ’ 将单质硫 与膨 胀石墨均匀 混合后
４ ０ ０ ℃加热 ２ ｈ， 制得 含硫 量 ６ ７ ． ２ ％（ 质
量分 数 ） 的硫 ／ 膨 胀 石 墨 复 合 正极 材 料， 电流密度 为 ０ ． ４ ｍＡ／Ｃ ｍ 时， 首 次 放 电比容量达 ９ ７ ２ ｍＡｈ／ ｇ； ２ ０ 次循环 后， 放 电比容量为 ４ ９ ７ ｍＡｈ ／ ｇ 。 （ ８ ）硫 ／石墨烯复合 正极材料 石 墨 烯 是 当 今 备受 关 注 的储 能 材料 之 一 ， 其 比表 面 积 极 高 、 电化 学
重的极化现象 。
（ ３ ）硫 ／ 多孔碳复合正极材料
环 稳定性差 等 问题 已经成为制 约其实 际应用 和产 业 化发 展 的瓶 颈。 如何 提
高 锂硫 电池 的硫利 用率 、 放 电容量 和 循环 稳定性 已经成为锂 硫 电池开 发的 研究 关键 。 本文从 正极材料 、 粘 结剂集 流体 ３ 个方 面对 锂硫 电池 的正 极部 分
制 备 了复合 正极 材料 ， 研 究 了不 同含 硫 量 的 硫／ 多 孔 碳 复 合 正 极 材 料 中 硫 的分 布情 况， 当硫 的质量 分数 小于 ３ ７ ． １ ％时 ， 硫 主要分布在直径 ＜３ ｎｍ的 孔内。 同时研究还表 明 ， 其 首次放 电比
锂硫一次电池的研究现状及展望
锂硫一次电池的研究现状及展望陈雨晴;张洪章;于滢;曲超;李先锋;张华民【摘要】锂硫(Li-S)一次电池是以金属锂和单质硫作为活性物质的化学电源,可以作为一次电池的一个独立分支.锂硫一次电池具有质量比能量和体积比能量高、续航时间长、成本低廉、安全性好等优势,规避了锂硫二次电池在循环寿命和自放电率等方面的劣势,可以作为消费类电子产品电源、备用电源和动力电源等进行使用.本文从实际应用的视角,对Li-S一次电池的研究现状和未来发展前景进行评述,希望能将更多的关注引向这一新的研究领域.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2017(006)003【总页数】5页(P529-533)【关键词】锂硫电池;一次电池;软包装电池;搁置稳定性【作者】陈雨晴;张洪章;于滢;曲超;李先锋;张华民【作者单位】中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;中国科学院大学,北京100049;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;能源材料化学协同创新中心,福建厦门361005;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;中国科学院大学,北京100049;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;能源材料化学协同创新中心,福建厦门361005;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;能源材料化学协同创新中心,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TM911自从18世纪Volta电池发明以来，人们在电池领域取得了许多重大技术突破，并伴随着电子技术的发展进入便携式电源、交通等应用领域。
电池根据其充放电可逆性，可以划分为二次电池和一次电池。
其中，二次电池如铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等，可以反复充放电十几到几千次依然保持良好的性能；一次电池如锌锰干电池、锂碘电池、锌空电池等，其电化学可逆性差，在初次放电后难以反复进行充放电。
锂硫电池综述
高性能锂硫电池的研究进展摘要：目前传统的锂离子电池在电子产品中发挥着重要作用。
然而受到其较低的理论比容量的限制(约150～200Wh/kg)，锂离子电池将难以满足人类发展的长远需求，例如电动汽车行业的发展。
锂硫电池的理论能量密度为2600Wh/kg，是锂离子二次电池的3～5倍，是极具应用前景的电化学储能体系，近年来引起了研究人员的广泛关注。
人们提高电极导电性、维持电极结构稳定性、提高硫的负载率和利用率以及加强电池循环寿命等方面开展了大量的研究工作。
本文将就近几年锂硫电池的发展进行相关介绍和讨论。
关键词：锂硫电池正极材料纳米结构材料改性电解质电池结构Research progress in High-Performance Lithium-SulphurBatteriesRen Guodong(School of Metallurgy and Environment, Central South University，0507110402)Abstract：Lithium-ion batteries has played an important role in the electronics at present.But due to its low theoretical energy density ,which is only 150～200Wh/kg,therefore the lithium-ion batteries cannot meet the long-term needs of society in the future,just in the case of the development of electric vehicles.Lithium-sulphur battery is a promising electrochemical energy storage system which has high theoretical energy density of 2600Wh/kg,that is 3~5 times to lithium-ion battery.And it has arised more and more attentions recently.Great efforts have been made by reseachers to improve the conductivity of the electrode , the stability of electrode structure,the loading capicity of sulphur ,the utilization efficiency of sulfur in the cathode and the enhancement of cycle life of the battery．In this paper,the recent research of lithium-sulphur battery will be analyzed and discussed.Keywords：lithium-sulphur battery cathode material nano-structure modification electrolyte cell configuration1.前言电能储存技术和设备将会在未来社会发展中成为一项十分重要的需求。
锂硫电池的研究现状与展望
单质硫的理论比容量为 1 675 mAh/ g, 与锂组装成电池, 理论比能量可达 2 600 Wh/ kg, 符合电动汽车( EV) 对电池的 要求, 也符合便携式电子产品对电池/ 轻、薄、小0 的要求。由 于硫具有来源广泛( 成 本低) 、无毒 ( 无污染 ) 等特 点, 锂硫电 池成为人们 研究的重 点[ 1] 。本 文作 者概括 了近 年来 锂硫电 池的研究现状, 并对发展前景进行了展望。
性能 。以聚苯 撑和聚苯胺为骨架的研究正在进行中[ 1] 。 312 碳硫聚合物
主链为线性 碳链, 侧链 含 S ) S 键 的碳硫聚 合物的 硫碳 比较 高, 与锂负极配合, 能组装出较高比容量的锂硫电池。
徐国祥等[ 13] 用单质硫和无水硫 化钠反应 制得三 硫化聚 乙烯( 3SPV C) 和四硫化聚乙烯( 4SP VC) , 并制 成正极 与锂负 极配合 使用。3SPVC 和 4SPV C 分别 具 有 2331 8 mA h/ g 和 30113 mA h/ g 的首次放电比容量 , 经过 10 次循 环后, 放电比 容量为 20015 mAh/ g 和 2171 0 mAh/ g 。余仲宝等[ 14] 将自制 的 S- C 复合材料、乙炔黑、聚环氧乙 烷按质量 比 70B20B10 制 成正极, 在室温下 120 mA 的首次放电容量达 1 700 mAh, 比 能量为 300 Wh/ kg; 100 mA 循环 50 次后, 容 量保 持率 约为 60% 。蔡迎军等[ 14] 将 碳炔 类似 物与 单质 硫共 热, 制备 了多 硫化碳炔, 在 1 mol/ L L iPF6 / EC+ DEC 电解 液中, 电池 的首 次放电比容 量达 799 mAh/ g , 循 环 60 次 后 的比 容量 为 520 mAh/ g , 容量保持率可达 65% 。 313 单质硫
锂硫电池硫电极的研究现状
锂硫电池硫电极的研究现状王圣平;周权;周成冈;吴金平【摘要】综述了锂硫电池硫电极材料研究现状;介绍了正极制备工艺(如粘结剂、导电剂、添加剂、硫颗粒的尺寸等)和电解液对硫电极电化学性能的影响;展望了硫电极材料的电化学性能改进方向.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2010(040)004【总页数】4页(P232-235)【关键词】锂硫电池;硫电极;制备工艺;电极材料;电化学性能【作者】王圣平;周权;周成冈;吴金平【作者单位】中国地质大学可持续能源实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学可持续能源实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学可持续能源实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学可持续能源实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TM912.9锂硫电池为二次锂电池,由单质硫(理论比容量为1 675 mAh/g)、金属锂(理论比容量为3 860 mAh/g)和有机电解液组成,具有比能量高(理论值为 2 600 Wh/kg)、成本低、对环境友好的特点[1],可满足市场对化学电源轻量化、小型化、低成本和无毒的要求[2]。
目前已有锂硫电池产品面世,其中美国Sion Power公司的产品,比能量可达 350 Wh/kg,相当于锂离子电池的1.5倍。
硫电极是决定锂硫电池电化学性能的关键因素之一,单质硫为8个S原子组成的环状S8,即使溶于CS2中也是如此[3]。
硫的反应是多电子、多步骤的,过程较复杂,包含一系列电荷转移反应和均相化学反应[4],存在两个放电平台[5]。
多数人接受的反应机理[6]是:放电时,高电压平台(约为 2.4 V)对应的反应是硫S8c分两步各获得一个电子,被还原成S2-8c,接着S2-8c环断裂成S2-81(c和1分别表示物质的环状和线性结构),并发生一系列化学偶联反应,生成多硫化锂Li2Sn(n=3～8)和S◦3 -、S◦4 -等阴离子自由基；低电压平台(约为2.1 V)对应的反应是S◦3 -和S◦4 -得到电子生成S2n-(n=3～4)并发生化学偶联反应得到S2-和S22-,再与Li+结合生成最终产物Li2S和Li2S2。
锂硫电池的发展与应用前景
锂硫电池的发展与应用前景锂电池在移动物联网、智能家居、移动支付等领域中得到广泛应用。
而锂硫电池具有更高的能量密度、更低的成本、更环保的特点，被视为是锂电池的升级版。
锂硫电池的发展历程锂硫电池是一种由锂金属和硫化物构成的电池。
锂硫电池的历史可以追溯到20世纪70年代，当时科学家们就开始尝试制造锂硫电池。
但是由于锂金属和硫的反应不可避免地会产生副反应，一直无法实现商业化生产。
直到近年来，硫正极材料的改进、电解液的改良等技术问题得到了解决，才逐渐让锂硫电池走向商业化。
锂硫电池的特点1.高能量密度：以目前技术水平，锂硫电池的能量密度可达到400瓦时/千克，是目前商业化的锂离子电池能量密度的两倍以上。
2.低成本：与锂离子电池相比，锂硫电池所需的材料成本更低，工艺也更简单。
这使得锂硫电池在未来可能成为更廉价、更环保的选择。
3.环保：锂硫电池中不包含重金属，没有污染物的排放，是一种环保的能源存储设备。
同时，锂硫电池的废弃物可以回收利用。
锂硫电池的应用前景锂硫电池具有高性价比、高安全性、高能量密度、绿色环保等优点，因此受到了广泛的关注，其应用领域也在不断拓展。
总的来说，锂硫电池的应用前景非常广阔，具体如下：1.电动汽车：锂硫电池具有高能量密度和高安全性，特别适合用于电动汽车，能够提供更长的续航里程和更高的效率。
2.储能领域：随着可再生能源的发展，储能技术变得越来越受到关注。
锂硫电池在储能领域也有着广泛的应用前景。
比如，可以将锂硫电池应用于光伏发电、风能发电等能源存储方案。
3.电子产品：锂硫电池的高能量密度和低成本使它成为下一代电子设备的理想选择。
4.航空航天领域：锂硫电池具有高能量密度、轻量化、环保等特点，非常适合用于航空航天和卫星应用。
总之，锂硫电池作为一种高能量密度、低成本、环保的电池技术，具有广阔的发展前景和应用前景。
尽管锂硫电池在商业化生产和实际应用中仍存在一些问题，但其优点仍然让人们对其寄以厚望。
未来，随着技术的不断进步，锂硫电池必将逐步得到广泛应用。
全固态锂硫电池综述
全固态锂硫电池综述
全固态锂硫电池是一种新型的高能量密度电池，具有广阔的应用前景。
本文综述了全固态锂硫电池的研究进展和挑战。
全固态锂硫电池由固态电解质、锂金属阳极和硫正极组成。
与传统液体电解质锂硫电池相比，全固态锂硫电池具有更高的能量密度、更长的循环寿命和更好的安全性能。
目前，全固态锂硫电池的电解质主要包括固态聚合物电解质和固态氧化物电解质。
固态聚合物电解质具有良好的离子导电性和机械强度，但在高温下容易熔化。
固态氧化物电解质具有较高的离子导电性和化学稳定性，但制备成本较高。
全固态锂硫电池的硫正极材料主要包括硫化物、硫化合物和硫/碳复合物。
硫化物和硫化合物具有较高的硫质量比，但容易析出多硫化物并导致电池失活。
硫/碳复合物具有良好的电化学性能和稳定性。
全固态锂硫电池面临一些挑战。
首先，全固态电解质的热稳定性和机械强度需要进一步提高。
其次，锂金属阳极的表面稳定性需要改善，以防止金属锂的表面反应和析出。
同时，硫正极材料的小颗粒尺寸和高活性也需要解决。
总之，全固态锂硫电池具有巨大的潜力，但还需要进一步的研究和开发，以解决其面临的挑战，并实现商业化应用。
锂超储锂-硫电池长循环性能提高机理分析
锂超储锂－硫电池长循环性能提高机理分析概述锂超储锂-硫电池作为一种具有高能量密度和低成本的电池技术，被广泛研究作为未来可持续的能源储存解决方案之一。
然而，其长循环寿命和高倍率性能的提升仍然是一个挑战。
本文将重点分析锂超储锂-硫电池长循环性能提高的机理。
I. 锂超储锂-硫电池的问题和挑战锂超储锂-硫电池具有较高的理论能量密度和低成本，但存在以下问题和挑战：1. 极化和活性材料损失：在锂超储锂-硫电池中，硫材料在充放电过程中会发生多步的反应，循环过程中硫酸盐会溶解并沉积在电解质和电极上，导致活性材料损失和膨胀，极化增加。
2. 电解质的选择：在锂超储锂-硫电池中，传统有机溶液电解质不仅导致锂枝晶生长，而且由于硫酸盐的溶解而引起阴枝晶生长，这使得电极表面形成了传导电子和离子的障碍层。
3. 锂枝晶的成长：在锂超储锂-硫电池中，充放电过程中锂枝晶的生长常导致电极的不稳定性和短路，限制了电池的长循环寿命。
II. 锂超储锂-硫电池长循环性能的改善机理为了克服上述问题并提高锂超储锂-硫电池的长循环性能，以下机理可以发挥重要作用：1. 合理设计碳基结构：合理设计碳基结构能够提高活性材料的分散性和稳定性，降低枝晶的生成。
一种常见的方法是通过合成多孔碳材料来提高硫材料与电极之间的接触，增加电池的导电性和可逆能力。
2. 电解质的改进：改善电解质性能是提高锂超储锂-硫电池长循环性能的关键。
替代有机溶液电解质的无机固体电解质具有更好的封装性和耐化学稳定性，能够有效抑制枝晶的生成和硫酸盐的溶解。
3. 锂枝晶的抑制：通过合适的表面包覆材料和添加剂，可以有效抑制锂枝晶的生成。
与此同时，优化电池的电极结构和纳米尺度的工艺也可以减少枝晶的长大速率。
4. 电池循环操作条件的优化：循环操作条件的优化对于提高锂超储锂-硫电池长循环性能非常重要。
例如，通过合理设置充放电速度、温度和电流密度等参数，可以降低电池的枝晶生成和活性材料的损失。
III. 其他增强机理除了上述机理，还有其他一些机理可以进一步提高锂超储锂-硫电池的性能：1. 锂枝晶抑制材料的表面改性：对锂枝晶抑制材料进行表面改性，使其与锂离子具有更好的亲和力和可逆性，从而有效抑制枝晶的生成。
对锂硫电池研究进展的分析
对锂硫电池研究进展的分析林义洋【摘要】锂硫电池具有理论能量密度高(2600 Wh/kg),环境友好,原材料成本较低等优势,具有很大的研究价值与利用价值,并在近年来受到学术界与工业界的广泛关注.本文对锂硫电池的工作原理及结构组成正负极材料、隔膜、电解液等进行了介绍,并分析当前锂硫电池存在的问题以及可能的解决方案,最后对其未来的研究发展和实用化进行了展望.【期刊名称】《化工管理》【年(卷),期】2017(000)022【总页数】3页(P78-80)【关键词】锂硫电池;硫正极;锂负极;隔膜;电解液【作者】林义洋【作者单位】安徽大学化学化工学院, 安徽合肥 230601【正文语种】中文Abstract:Because of the advantages of high theoretical energydensity(2600 Wh/kg),environmentally friendly and low cost of raw material，Lithium-sulfur battery has great research value and valuable,gaining intense interest both from academe and industry in recent years.In this paper,the working principle and structure of lithium sulfur battery are introduced.The current problems and possible solutions of lithium-sulfurbatteries are analyzed.Finally,the future research trend and practical application are prospected.Keywords:Lithium-sulfur battery; Sulfur cathode; Lithium anode; Separator; Electrolyte目前消费电子产业发展迅速，但是二次电池的比容量往往成为一个制约设备使用体验的限制。
2024年硫化锂市场分析现状
2024年硫化锂市场分析现状概述硫化锂是一种重要的化学品，广泛应用于电池、陶瓷、涂料等行业。
本文通过对硫化锂市场的现状进行分析，探讨硫化锂市场的发展趋势和挑战。
硫化锂市场规模根据市场调研数据，全球硫化锂市场的规模逐年扩大。
目前，全球硫化锂市场的规模已经达到XX万吨。
在亚洲地区，中国是最大的硫化锂生产国和消费国。
另外，美国、欧洲等地区也有较大规模的硫化锂生产和消费市场。
硫化锂市场应用硫化锂在锂电池行业中占据重要地位。
随着电动车市场的快速发展，全球对电池的需求也呈现出爆发式增长。
硫化锂作为锂离子电池的主要原料之一，其需求也大幅增加。
此外，硫化锂还被广泛应用于陶瓷、涂料、润滑油等领域。
硫化锂市场竞争格局全球硫化锂市场竞争激烈，市场上存在着众多的硫化锂生产企业。
这些企业之间争夺市场份额，提高产品质量与性能，降低成本，加大研发力度。
目前，行业内头部企业占据了市场的主导地位，如XX集团、XX公司等。
硫化锂市场发展趋势1.锂离子电池市场的持续增长将推动硫化锂市场的发展。
随着能源存储领域的发展，硫化锂的需求将进一步增加。
2.新能源汽车的普及将带动锂离子电池产业链的发展，从而推动硫化锂市场的扩大。
3.技术进步和创新将改善硫化锂的生产工艺和产品性能，提高市场竞争力。
硫化锂市场面临的挑战1.环保压力增大。
硫化锂的生产过程中存在一定的环境污染问题，环保要求的提高将对硫化锂生产企业造成一定的压力。
2.市场价格波动。
硫化锂的市场价格受到供需关系、原材料价格等多种因素的影响，价格波动较大，给市场参与者带来一定的风险。
总结硫化锂市场作为锂离子电池产业链的重要组成部分，具有广阔的发展前景。
随着新能源汽车市场的快速发展以及能源存储需求的增加，硫化锂市场将继续保持增长。
然而，市场竞争激烈以及环保压力等因素也将对硫化锂行业产生一定的挑战。
锂硫电池综述
锂硫电池综述摘要:本文主要综述锂硫电池正极材料的研究进展,主要的研究方向和研究内容。
主要从这三个方面进行综述：硫碳复合材料、硫-导电聚合物复合正极材料、新结构体系的正极材料。
关键词：锂硫电池；正极材料；硫碳复合材料；导电聚合物随着全球经济快速发展对能源需求的不断增长以及环境污染的日益严重，发展具有高能量密度、长循环寿命、高安全性、绿色环保和低成本的二次电池在新能源领域具有重大意义．与铅酸电池、镍镉电池等传统二次电池相比，锂离子电池具有放电电压高、能量密度高、循环寿命长、绿色环保等显著优点，因而迅速占据了便携式电子设备、电动工具、小型电动车等领域的大部分市场．目前，锂离子电池的应用领域已扩展至电动汽车、智能电网、3G通信、航空航天、国防等多个领域，成为了21世纪最具应用前景的储能器件之一。
在锂（离子）二次电池体系中，正极材料一直是制约电池发展的瓶颈．传统的过渡金属氧化物和磷酸盐等正极材料如LiCoO2, LiNiO2和LiFePO4等，由于其理论储锂容量的限制已难以满足快速发展的市场需求．因此，寻找和开发新型高比能量、安全、廉价的正极材料是目前研究的热点．以单质硫为正极的锂－硫二次电池[1]，其中硫正极具有高的理论比容量(1675mAh / g)和能量密度（2600Wh / kg），且单质硫具有价格低廉、资源丰富、环境友好等优点，已成为下一代高能密度锂二次电池的研究和开发的重点。
一、锂－硫电池的发展历史及研究现状利用单质硫作为正极材料最早是由Herbet和Ulam在1962年提出．通用汽车公司曾提出以硫为正极活性材料的热电池[2]，并将该电池用于他们早期的电动车计划。
1976年Whitingham等人以层状TiS2为正极，金属锂为负极，成功开发出了Li-TiS2二次电池，并进行了中试实验研究，但由于锂“枝晶”等安全性问题而最终未能实现商品化．随后在70年代末80年代初，也有研究人员尝试开发有机体系的锂－硫电池。
锂硫电池隔膜的研究现状
•综述与述评•锂硫电池隔膜的研究现状刘忠柱ꎬ宋㊀梦ꎬ秦㊀琦ꎬ米立伟(中原工学院材料与化工学院ꎬ河南郑州㊀４５０００７)摘㊀要:锂硫电池具有较高的理论比容量(１６７５ｍＡｈ/ｇ)和能量密度(２６００Ｗｈ/ｋｇ)优势ꎬ并且用于该电池的活性物质单质硫廉价㊁环境友好ꎬ被认为是目前最具发展潜力的新一代高能量密度的电化学储能体系之一ꎮ隔膜作为锂硫电池的关键材料之一ꎬ其性能优劣将会直接影响锂硫电池的性能ꎮ本文主要综述了锂硫电池隔膜的种类㊁改性方法等方面的研究进展ꎬ建议开发新的高品质锂硫电池隔膜材料ꎬ最终使其电化学性能得以提高ꎮ关键词:锂硫电池ꎻ电池隔膜ꎻ改性ꎻ研究进展中图分类号:ＴＱ１５２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００３－３４６７(２０１９)０２－０００３－０６ＲｅｓｅａｒｃｈＳｉｔｕａｔｉｏｎｏｆＳｅｐａｒａｔｏｒｓｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍ－ＳｕｌｆｕｒＢａｔｔｅｒｉｅｓＬＩＵＺｈｏｎｇｚｈｕꎬＳＯＮＧＭｅｎｇꎬＱＩＮＱｉꎬＭＩＬｉｗｅｉ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＺｈｏｎｇｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ㊀４５０００７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ(Ｌｉ－Ｓ)ｈａｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｈｉｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙ(１６７５ｍＡｈ/ｇ)ａｎｄｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙ(２６００Ｗｈ/ｋｇ).Ｔｈｅａｃｔｉｖｅｓｕｂｓｔａｎｃｅｅｌｅｍｅｎｔａｌｓｕｌｆｕｒｕｓｅｄｉｎｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｐｒｏｍｉｓｉｎｇｃａｎｄｉｄａｔｅｓｆｏｒｔｈｅｎｅｘｔ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｅｌｅｃｔｒｏ￣ｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｄｕｅｔｏｃｈｅａｐａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆｒｉｅｎｄｌｙ.ＳｅｐａｒａｔｏｒｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｓｏｆＬｉ－Ｓｂａｔｔｅｒｉｅｓꎬｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｈａｓｇｒｅａｔｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂａｔｔｅｒｉｅｓ.Ｔｈｅｒｅ￣ｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅｔｙｐｅｓａｎｄｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆＬｉ－Ｓｂａｔｔｅｒｉｅｓｓｅｐａｒａｔｏｒｉｓｍａｉｎｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ.ＴｈｅｎｅｗｈｉｇｈｅｒｑｕａｌｉｔｙｓｅｐａｒａｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌｏｆＬｉ－Ｓｂａｔｔｅｒｉｅｓｉｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｐꎬｆｉｎａｌｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓꎻｂａｔｔｅｒｙｓｅｐａｒａｔｏｒꎻｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎꎻｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ㊀㊀随着全球能源危机和环境污染问题日益加重ꎬ电动汽车这一新型绿色环保出行工具不断受到大众的推崇ꎬ我国也将新能源电动汽车列为 十三五 规划的重要项目之一ꎮ新能源电动汽车对电池的能量密度要求较高(５００Ｗｈ/ｋｇ以上)ꎬ而目前在实验室中锂离子电池的比能量虽然已经达到２５０Ｗｈ/ｋｇꎬ但是应用于电动汽车的锂离子电池的能量密度仅为１５０~２００Ｗｈ/ｋｇꎬ续航里程局限在３００ｋｍ以内ꎬ这严重阻碍了电动汽车的大力推广ꎮ同时ꎬ由于锂离子电池正极材料比容量的提高受到限制ꎬ因此其比能量的提高也存在一定的局限性ꎮ另外ꎬ在实际应用中ꎬ通过增大充电电压来提高比能量的途径存在安全问题ꎬ基于此ꎬ亟需开发出极高比能量的新型电化学储能体系[１]ꎮ与锂离子电池相比较ꎬ由于锂硫电池具有较高的理论比容量(１６７５ｍＡｈ/ｇ)以及能量密度(２６００Ｗｈ/ｋｇ)ꎬ因此ꎬ得到国内外学者及专家的广泛关注[２－３]ꎮ同时ꎬ锂硫电池结构与锂电池相似ꎬ生产锂离子电池的设备也能够应用于生产锂硫电池ꎬ因此ꎬ一旦满足实用化的条件ꎬ锂硫电池就能够得以飞速的发展ꎬ有望成为新一代应用于新能源电动汽车的电池体系ꎮ㊀㊀收稿日期:２０１８－１２－１７㊀㊀基金项目:中原工学院博士基金(３４１１０４７５)ꎻ２０１８年中国纺织工业联合会科技指导性项目(２０１８０７０)㊀㊀作者简介:刘忠柱(１９８７－)ꎬ女ꎬ博士ꎬ讲师ꎬ从事聚合物薄膜成型加工及功能化改性研究工作ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｚｚｌｉｕ１９８７＠１２６.ｃｏｍꎮ１㊀锂硫电池体系锂硫电池是指采用单质硫(或硫基复合材料㊁含硫化合物)作为正极ꎬ锂(或储锂材料)作为负极ꎬ通过硫－硫键的断裂/生成来实现电能与化学能相互转换的一类电池体系[４－５]ꎮ在其充放电过程中会发生多步骤的氧化还原反应ꎬ同时伴随着多种硫化物的复杂相转移ꎬ即在放电过程中ꎬ单质硫获得电子并与Ｌｉ＋结合逐步生成多硫化物中间产物多硫化锂(Ｌｉ２Ｓｎꎬ４ɤｎɤ８)ꎬ由于该中间产物极易溶于电解液中ꎬ因此ꎬ其逐步从正极中脱出而扩散至电解液中ꎮ随着放电过程的持续进行ꎬ多硫化锂进一步被还原成在电解液中溶解度极低的Ｌｉ２Ｓ２或Ｌｉ２Ｓꎻ而在充电过程中ꎬ放电产物Ｌｉ２Ｓ２和Ｌｉ２Ｓ将会失去电子ꎬ并被氧化成为多硫化锂中间产物ꎬ最终重新生成单质硫ꎮ尽管锂硫电池有诸多优点ꎬ但是其在充放电过程中还存在一些严重的问题:①单质硫及其放电产物的电绝缘性问题[６－７]ꎮ一方面ꎬ在室温条件下ꎬ单质硫是电子和离子的绝缘体ꎻ另一方面ꎬ锂硫电池的放电产物(如Ｌｉ２Ｓ２和Ｌｉ２Ｓ)也呈现出电绝缘性ꎬ并且在电池循环过程中该放电产物还会在正极表面发生沉积ꎬ从而形成不溶性绝缘层ꎮ基于此ꎬ最终导致电极的导电性差ꎮ②放电中间产物多硫化锂溶于电解液并向负极迁移的问题[８－９]ꎮ溶解在电解液中的多硫化锂扩散出正极ꎬ无法重新利用ꎬ这样会导致电池体系的活性物质永久性损失ꎬ最终使锂硫电池的实际容量达不到理论比容量ꎬ即所谓的 穿梭效应 ꎮ基于此ꎬ锂硫电池电化学性能提高的关键因素之一在于其 穿梭效应 问题的解决ꎮ③在充放电过程中ꎬ锂硫电池的体积膨胀问题[１０]ꎮ由于单质硫(α相ꎬ２.０７ｋｇ/Ｌ)和硫化锂(１.６６ｋｇ/Ｌ)的密度不同ꎬ在该电池充放电循环过程中ꎬ电极会产生显著的体积膨胀ꎬ膨胀比例有的高达８０％ꎮ这将导致电池的电极材料粉化ꎬ从而破坏活性物质与集流体之间的接触ꎬ使得电池发生容量衰减ꎬ甚至造成不可逆电极结构的破坏ꎮ２㊀锂硫电池隔膜种类隔膜是锂硫电池结构中核心的内层组件之一ꎬ主要作用是确保正负极机械隔离ꎬ以防正负极直接接触而造成电池短路ꎮ锂硫电池隔膜的种类主要包括:聚烯烃类隔膜和其它材料隔膜(ＰＥＯ基隔膜㊁ＰＶＤＦ基隔膜㊁共混聚合物隔膜)ꎮ２.１㊀聚烯烃类隔膜目前ꎬ类似于锂离子电池ꎬ聚烯烃隔膜被广泛应用于锂硫电池中ꎬ该隔膜生产成本低㊁孔径尺寸可调ꎬ具有优良的电化学稳定性和机械强度ꎮ其中ꎬ锂硫电池隔膜主要以美国Ｃｅｌｇａｒｄ和日本Ｕｂｅ生产的聚烯烃隔膜为主ꎬ主要为聚丙烯(ＰＰ)微孔膜㊁聚乙烯(ＰＥ)微孔膜和多层复合隔膜(ＰＰ/ＰＥ两层复合膜或ＰＰ/ＰＥ/ＰＰ三层复合膜)[１１]ꎮ与单层ＰＰ㊁ＰＥ隔膜相比ꎬＰＰ/ＰＥ/ＰＰ三层复合隔膜兼具锂离子通行自阻断功能㊁机械强度和穿刺强度好㊁安全使用温度高等优点ꎬ因此ꎬ该隔膜在锂硫电池中被广泛应用ꎮ但是ꎬ在锂硫电池中ꎬ传统聚烯烃隔膜不仅与电解液的亲和性较差ꎬ而且也无法阻隔放电产物多硫化锂扩散至电池负极所造成 穿梭效应 和活性物质的损失ꎮ因此ꎬ为了锂硫电池电化学性能的提升ꎬ还需对聚烯烃隔膜进行改性ꎬ这将在下一部分进行详细阐述ꎮ２.２㊀其它材料隔膜目前为止ꎬ诸多研究者除了通过改性聚烯烃隔膜来提高锂硫电池的电化学性能之外ꎬ还有部分研究者开发出了其它材料的锂硫电池隔膜ꎬ如聚环氧乙烷(ＰＥＯ)基隔膜㊁聚偏氟乙烯(ＰＶＤＦ)基隔膜和共混聚合物隔膜等ꎮ１９７３年ꎬＦＥＮＴＯＮ等[１２]发现ＰＥＯ与碱金属复合后可导电ꎬ自此开始ꎬＰＥＯ基隔膜逐渐被应用于锂硫电池体系ꎮ但是ꎬ由于ＰＥＯ的规整性较好ꎬ极易结晶ꎬ在电池循环过程中ꎬ结晶部分会阻碍锂离子的迁移ꎬ最终导致离子电导率降低ꎮ为了克服这一缺陷ꎬ目前主要通过加入无机纳米填料或其他聚合物来改善锂硫电池的循环稳定性和离子电池传递性[１３－１４]ꎮ聚偏氟乙烯(ＰＶＤＦ)被广泛作为一种锂硫电池黏结剂材料来使用ꎬ其具有稳定的化学性能而且成膜后具有良好的机械性能ꎮ另外ꎬＰＶＤＦ能够与电解液产生凝胶化ꎬ从而形成聚合物凝胶电解质的隔膜[１５－１６]ꎮ另外ꎬ由于ＰＶＤＦ自身具有较高结晶能力ꎬ晶区也会阻碍锂离子的传导ꎬ从而进一步限制其作为锂硫电池隔膜材料的应用ꎮ因此ꎬ也需要加入添加剂等方法来制备能够用于锂硫电池并具有良好电化学性能的ＰＶＤＦ隔膜[１７]ꎮ由于上述单一聚合物隔膜分别具有各自的优缺点ꎬ因此ꎬ可以结合不同聚合物的优缺点ꎬ将两种或两种以上聚合物进行复合使其性能互补ꎬ最终制备出具有良好性能的聚合物基复合隔膜ꎮ基于此ꎬ近年来ꎬＺＨＡＮＧ等[１８－２０]通过相位分离法分别制备了以Ｐ(ＶＤＦ－ＨＦＰ)为基础的三种不同共混聚合物隔膜ꎬ即聚偏氟乙烯膜－全氟丙烯/聚甲基丙烯酸甲酯(ＰＶＤＦ－ＨＦＰ/ＰＭＭＡ)隔膜㊁聚偏氟乙烯膜－全氟丙烯/聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱石黏土(ＰＶＤＦ－ＨＦＰ/ＰＭＭＡ/ＭＭＴ)隔膜和聚偏氟乙烯膜－全氟丙烯/聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅(ＰＶＤＦ－ＨＦＰ/ＰＭ￣ＭＡ/ＳｉＯ２)隔膜ꎮ第一种隔膜的结晶度较低ꎬ有利于聚合物电解质电导率的提高ꎻＭＭＴ的加入有利于增强复合隔膜的机械性能ꎻ而ＳｉＯ２的加入有利于电解液的吸收和保持尺寸稳定性ꎮ总而言之ꎬ上述三种隔膜均可通过与电解液的凝胶化现象而形成凝胶电解质ꎬ从而有利于锂硫电池电化学性能的提高ꎮ其中ꎬＰＶＤＦ－ＨＦＰ/ＰＭＭＡ/ＳｉＯ２在０.２Ｃ下ꎬ循环５０次后其库伦效率接近９５％ꎬＰＶＤＦ－ＨＦＰ/ＰＭＭＡ/ＭＭＴ在０.１Ｃ下ꎬ循环１００次后其库伦效率接近１００％ꎬ三者均对聚硫化物能够进行有效抑制ꎮ３㊀锂硫电池隔膜改性方法目前大部分锂硫电池所使用的传统聚烯烃隔膜㊁ＰＥＯ㊁ＰＶＤＦ等聚合物隔膜均无法阻隔放电产物(如Ｌｉ２Ｓ２和Ｌｉ２Ｓ)扩散至电池负极ꎬ最终造成如上所述 穿梭效应 现象及活性物质的损失ꎮ基于此ꎬ对隔膜进行结构改性( 隔膜夹层 与 隔膜涂层 )是提高锂硫电池实际电化学性能及其推广应用的主要思路之一ꎮ３.１㊀隔膜夹层隔膜夹层不仅能作为另一类 特殊隔膜 用来阻挡因多硫离子 穿梭效应 发生而造成的容量损失ꎬ而且能够在正极表面提供额外的电子通道ꎬ从而大大提高锂硫电池电化学性能ꎮＳＵ等[２１]较早提出在隔膜与正极之间插入一功能化夹层ꎬ以此来提高锂硫电池性能ꎬ其结构示意图如图１所示ꎮ随后ꎬ诸多研究者通过不同方法均制备出多种锂硫电池功能化夹层材料[２２－２７]ꎮＨＵＡＮＧ等[２２]通过静电纺丝法制备出能够作为电池夹层应用于锂硫电池的Ｆｅ３Ｃ/Ｃ纳米纤维膜ꎮ该纳米纤维膜具有多级孔的微观结构ꎬ从而有利于离子传输和电解液渗透ꎬ纤维中的官能团(即氮功能化官能团)能够通过较强的原子间吸附作用来束缚多硫离子ꎬ同时ꎬ碳纤维也有利于电子的传输ꎬ因此在循环１００次之后ꎬ该电池还保留８９３ｍＡｈ/ｇ的放电比容量ꎮ此外ꎬ图１㊀锂硫电池新型电池结构示意图ＨＵＡＮＧ等[２３]还通过简单的真空抽滤方法制备出了高孔隙率和导电性的石墨烯/碳纳米管(ＧＯ/ＣＮＴ)杂化薄膜作为锂硫电池的夹层ꎮ该锂硫电池表现出较高的可逆容量ꎬ即在０.２Ｃ倍率条件下循环３００次后还保留６７１ｍＡｈ/ｇ的放电比容量ꎬ每次的容量衰减率为０.３３ｍＡｈ/ｇ或者０.０４３％ꎮ这主要归因于以下三点:①多孔结构很容易促进离子传输和电解液渗透ꎻ②带有含氧能力化官能团的ＧＯ片能够束缚活性物质和抑制多硫化锂穿梭ꎬ进而提高其循环性能ꎻ③高导电性的ＣＮＴ能够提供较快的电子/离子传输通路ꎮＬＩＡＮＧ等[２４]也通过静电纺丝法制备出极细ＴｉＯ２掺杂的碳纳米纤维(ＣＮＦ－Ｔ)插层来抑制锂硫电池的体积膨胀和 穿梭效应 ꎮ这种具有较大空间和较好电导率的碳纳米纤维网有利于调控和循环利用溶解的多硫化锂ꎬ同时ꎬ极细ＴｉＯ２能够通过较强相互作用来有效捕捉和束缚多硫化锂ꎬ最终提高了锂硫电池的循环稳定性ꎮ因此ꎬ在１Ｃ倍率条件下ꎬ该锂硫电池在循环５００次后还保留９３５ｍＡｈ/ｇ的放电比容量ꎬ即容量保持率为７４.２％ꎮ此外ꎬＷＡＮＧ等[２５]通过在锂硫电池中引入Ｓ Ｎ双掺杂的石墨烯夹层ꎬ使得电池的各项性能(如较好的电导率㊁较高的捕获多硫化锂和调控Ｌｉ２Ｓ２/Ｌｉ２Ｓ生长的能力)均得以改善ꎮ结果表明ꎬ与其它电池相比ꎬＳ Ｎ双掺杂的石墨烯夹层的引入ꎬ使电池在２Ｃ倍率时循环２５０次之后还保留６１２ｍＡｈ/ｇ的放电比容量ꎬ同时ꎬ在８Ｃ倍率条件下ꎬ该电池也可以呈现出超高的循环特性ꎬ并且循环１０００次之后每次的容量衰减率仅为０.０１％ꎮ同时ꎬＷＵ等[２６]通过在碳纸(ＣＰ)原位生长聚吡咯(ＰＰｙ)的方法制备出ＰＰｙ包覆的ＣＰ材料ꎬ并利用该材料作为锂硫电池的隔膜夹层来组装电池ꎮ结果发现ꎬ该电池表现出较好的循环和倍率性能ꎮ同时ꎬＺＨＡＮＧ等[２７]通过在正极和隔膜之间置于一多孔导电泡沫镍(ＮＮＦ)作为插层ꎬ以此来降低活性物质的损失率和避免自放电效应的发生ꎬ该含有金属插层的锂硫电池也表现出优异的电化学性能ꎬ即在０.２Ｃ下循环８０次之后ꎬ该电池还保留有６０４ｍＡｈ/ｇ的可逆放电比容量ꎮ基于以上研究ꎬ隔膜夹层的引入ꎬ使锂硫电池的比容量㊁倍率和循环性能均得到大大提高ꎮ然而ꎬ隔膜夹层的厚度通常均大于１０μｍꎬ且它会带来额外的非活性物质质量ꎬ从而导致电池整体能量密度极大地降低ꎮ为此ꎬ必须使隔膜夹层的质量尽可能降低ꎬ但其质量的减少又会造成夹层机械强度的降低及结构松散ꎬ从而降低其对多硫化锂的阻挡作用[２８]ꎮ因此ꎬ诸多研究者又提出可以通过在隔膜上涂覆一层致密的阻挡层来抑制多硫离子的 穿梭效应 ꎬ从而大幅度提高锂硫电池的循环性能ꎮ３.２㊀隔膜涂层ＣＨＵＮＧ[２９]率先通过真空抽滤法将超导炭黑ＳｕｐｅｒＰ沉积于商业化聚烯烃隔膜表面ꎬ沉积层的厚度约为２０μｍꎮ利用此改性聚烯烃隔膜所组装锂硫电池的循环和倍率性能均得到大幅度提升ꎬ即在０.２Ｃ倍率下循环２００次之后ꎬ其可逆放电比容量还保留８２８ｍＡｈ/ｇꎮ这主要归因于:①碳包覆层可以作为阻挡层将多硫化锂固定于正极ꎬ抑制其穿梭ꎮ②碳包覆层还可以作为集流体ꎬ构筑快速的电子通路ꎬ在长时间循环过程中减少了自放电行为ꎬ进而提高了容量保持率ꎮ改性隔膜上的导电层(碳纳米管㊁碳纳米纤维㊁石墨烯㊁多孔碳和导电聚合物)不仅能够阻挡多硫离子的 穿梭效应 ꎬ而且能够作为一个二次集流体促进电池内部电子传导ꎬ提高活性物质的利用率ꎬ最终提升电池的循环和稳定性[３０－３４]ꎮＹＡＯ等[３０]通过在聚合物隔膜上涂覆一层不同类型的导电碳层ꎬ以此来提高锂硫电池的电化学循环性能ꎮ研究结果表明ꎬ致密的导电碳层能使锂离子自由穿梭ꎬ但是对多硫离子的穿梭有较好抑制作用ꎬ同时导电碳层还可以作为二次集流体使束缚住的多硫化锂得以重新利用ꎬ最终使活性物质的利用率得到提高ꎬ进而促使电池容量的损失得以避免ꎮＰＥＮＧ等[３４]通过在ＰＰ微孔膜上包覆一层多孔石墨烯骨架制备了具有较高电化学性能的锂硫电池隔膜ꎮ利用此隔膜组装锂硫电池测试其性能发现ꎬ在０.２Ｃ倍率下ꎬ循环２５０次后放电比容量还可以保留８００ｍＡｈ/ｇꎬ并且其硫的利用率比普通ＰＰ隔膜高４０％ꎮ此外ꎬＳＨＩ等[３１]通过在商业化的ＰＰ隔膜上涂覆一层多壁碳纳米管/磺化聚苯胺涂层成功制备出能够提高锂硫电池电化学性能的隔膜ꎮ该隔膜可以选择性地使锂离子通过ꎬ而多硫化锂被阻止ꎻ此外ꎬ该隔膜还可以作为上层集流体ꎬ并为离子/电子提供通道ꎬ进而提高硫的利用率以及确保所捕获的活性物质再次被活化ꎮ基于以上原因ꎬ在１００ｍＡ/ｇ电流密度下循环１００次之后ꎬ该电池的可逆比容量仍高达９１３ｍＡｈ/ｇꎮ除碳材料外ꎬ研究者们又通过在隔膜表面涂覆一层金属氧化物来改性隔膜ꎬ氧化物中的金属氧键能够与多硫化锂发生化学作用而表现出良好的吸附行为ꎬ从而抑制其 穿梭效应 [３５－３７]ꎮＺＨＡＮＧ等[３５]报道了利用金属氧化物(Ａｌ２Ｏ３)对聚合物隔膜进行涂覆改性的研究ꎬ并利用该改性隔膜组装锂硫电池ꎬ在０.２Ｃ倍率下经过５０次循环后ꎬ电池的可逆比容量仍高达５９３.４ｍＡｈ/ｇꎮ但是ꎬ由于Ａｌ２Ｏ３不导电ꎬ束缚住的多硫化锂很难得以再次利用ꎬ因此ꎬ对锂硫电池电化学性能的提高是十分有限的ꎮ此外ꎬＬＩ等[３６]通过在商业单层ＰＰ隔膜表面涂覆一层Ｙ２Ｏ３纳米颗粒－科琴黑(ＫＢ)改性隔膜ꎬＹ２Ｏ３－ＫＢ混合涂层不仅可以起到物理屏蔽的作用来抑制多硫离子的 穿梭效应 ꎬ而且还可以作为上层集流体来促进电荷转移ꎮ利用该隔膜组装锂硫电池并测试其电化学性能发现ꎬ在１Ｃ倍率时首次放电容量为１０５４ｍＡｈ/ｇꎬ并且在循环２００次后放电容量还保留８１６ｍＡｈ/ｇꎮ此外ꎬ在２Ｃ的高倍率下ꎬ电池的放电比容量高达８４６ｍＡｈ/ｇꎮ同时ꎬ研究者又结合碳材料和金属氧化物的优点ꎬ将两者复合来改性隔膜ꎮＸＵ等[３８]通过简易的流延成型法将碳纳米管(ＣＮＴ)和氧化铝(Ａｌ２Ｏ３)附着到聚丙烯隔膜(ＰＰ)表面ꎬ制备出具有三层结构的锂硫电池用改性隔膜(ＣＮＴ/Ａｌ２Ｏ３/ＰＰ)ꎮ在该三层复合隔膜中ꎬＣＮＴ的加入不仅使电化学反应阻抗降低ꎬ还可作为基体束缚多硫化锂并抑制其穿梭至负极ꎻ而中间的Ａｌ２Ｏ３层则可用来防止ＣＮＴ戳破隔膜ꎬ同时还可以使复合隔膜的润湿性及热稳定性得以提高ꎮ因此ꎬ以三层ＣＮＴ/Ａｌ２Ｏ３/ＰＰ作为隔膜所组装的锂硫电池ꎬ经测试ꎬ其表现出优异的电化学性能ꎬ即在０.２Ｃ倍率下循环１００次后ꎬ该锂硫电池放电比容量为８０７.８ｍＡｈ/ｇꎬ其容量保持率为６３％ꎮ综上所述ꎬ隔膜夹层与隔膜涂层这两种电池结构改性为锂硫电池的发展提供了一个新思路ꎮ而与功能化夹层相比ꎬ隔膜涂层能有效地缓解夹层的加入对电池整体能量密度的降低ꎻ此外ꎬ具有较好力学性能的隔膜作为涂层基底能够有效提升涂层的机械强度及柔韧性ꎬ保证其在循环过程中的完整性ꎮ基于此ꎬ未来提高锂硫电池电化学性能的新方向之一为复合多功能隔膜的设计与制备ꎬ进一步推动锂硫电池商业化的步伐ꎮ４㊀结束语作为新一代高能量电池体系ꎬ锂硫电池具有巨大的应用潜力ꎬ但是由于锂硫电池还存在诸多问题ꎬ如活性物质的利用率低㊁多硫离子的 穿梭效应 ㊁循环稳定性差和寿命短等ꎬ导致该电池至今仍未取得商业化应用ꎮ作为锂硫电池重要的组件之一ꎬ成功开发出高性能的隔膜已经成为提高锂硫电池性能一个重要的方面ꎮ目前应用于锂硫电池的隔膜主要分为两大类:传统聚烯烃类隔膜的改性ꎬＰＥＯ㊁ＰＶＤＦ及混合聚合物隔膜ꎮ基于此ꎬ本文系统地总结了锂硫电池隔膜的种类㊁隔膜改性方法等研究现状ꎮ研究发现ꎬ通过对隔膜进行改性ꎬ可以有效地抑制多硫化物的扩散ꎬ从而使锂硫电池的电化学性能得到较大的提高ꎮ同时ꎬ还应不断地开发新的隔膜材料来提高锂硫电池的性能ꎬ从而为锂硫电池的实际商业化应用提供理论基础ꎮ参考文献:[１]㊀ＡＲＭＡＮＤＭꎬＴＡＲＡＳＣＯＮＪＭ.Ｂｕｉｌｄｉｎｇｂｅｔｔｅｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].Ｎａｔｕｒｅꎬ２００８ꎬ４５１:６５２－６５７.[２]㊀ＭＡＮＴＨＩＲＡＭＡꎬＦＵＹＺꎬＳＨＥＮＧＨꎬｅｔａｌ.Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓꎬ２０１４ꎬ１１４:１１７５１－１１７８７.[３]㊀ＹＩＮＹＸꎬＸＩＮＳꎬＧＵＯＹＧꎬｅｔａｌ.Ｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒ￣ｉｅｓ:ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙꎬｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓ[Ｊ].Ａｎｇｅ￣ｗａｎｄｔｅＣｈｅｍｉｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｄｉｔｉｏｎꎬ２０１３ꎬ５２:１３１８６－１３２００.[４]㊀董全峰ꎬ王翀ꎬ郑明森.锂硫电池关键材料研究进展与展望[Ｊ].化学进展ꎬ２０１１(２):５３３－５３９. 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[２５]㊀ＷＡＮＧＬꎬＹＡＮＧＺꎬＮＩＥＨＧꎬｅｔａｌ.Ａｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｍｕｌｔｉ￣ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｏｆｓｕｌｆｕｒｎｉｔｒｏｇｅｎｄｕａｌ－ｄｏｐｅｄｇｒａ￣ｐｈｅｎｅｆｏｒｕｌｔｒａｆａｓｔꎬｌｏｎｇ－ｌｉｆｅｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡꎬ２０１６ꎬ４:１５３４３－１５３５２.[２６]㊀ＷＵＦꎬＬＩＷＨꎬＧＵＡＮＬＬꎬｅｔａｌ.Ａｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ－ｓｕｐ￣ｐｏｒｔｅｄｃａｒｂｏｎｐａｐｅｒａｃｔｉｎｇａｓａｐｏｌｙｓｕｌｆｉｄｅｔｒａｐｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＲＳＣＡｄｖａｎｃｅｓꎬ２０１５ꎬ５:９４４７９－９４４８５.[２７]㊀ＺＨＡＮＧＫꎬＱＩＮＦＲꎬＦＡＮＧＪꎬｅｔａｌ.Ｎｉｃｋｅｌｆｏａｍａｓｉｎ￣ｔｅｒｌａｙｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１４ꎬ１８:１－５.[２８]㊀ＣＨＥＮＪＪꎬＺＨＡＮＧＱꎬＳＨＩＹＮꎬｅｔａｌ.Ａｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌａｒ￣ｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＳ/ＭＷＣＮＴｎａｎｏｍｉｅｒｏｓｐｈｅｒｅｗｉｔｈｌａｒｇｅｐｏｒｅｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＣｈｅｍｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓꎬ２０１２ꎬ１４:５３７６－５３８２.[２９]㊀ＣＨＵＮＧＳＨꎬＭＡＮＴＨＩＲＡＭＡ.Ｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｅｐａｒａｔｏｒｗｉｔｈａｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔｃａｒｂｏｎ－ｃｏａｔｉｎｇｆｏｒｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙａｎｄｓｔａｔｉｃａｌｌｙｓｔａｂｌｅｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].Ａｄ￣ｖａｎｃｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１４ꎬ２４:５２９９－５３０６.[３０]㊀ＹＡＯＨＢꎬＹＡＮＫꎬＬＩＷＹꎬｅｔａｌ.Ｉｍｐｒｏｖｅｄｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓｗｉｔｈａｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃｏａｔｉｎｇｏｎｔｈｅｓｅｐａｒａ￣ｔｏｒｔｏｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｉｎａｃｔｉｖｅＳ－ｒｅｌａｔｅｄｓｐｅｃｉｅｓａｔｔｈｅｃａｔｈｏｄｅ－ｓｅｐａｒａｔｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ[Ｊ].Ｅｎｅｒｇｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１４ꎬ７:３３８１－３３９０. [３１]㊀ＳＨＩＬꎬＺＥＮＧＦＬꎬＣＨＥＮＧＸꎬｅｔａｌ.Ｅｎｈａｎｃｅｄｐｅｒｆｏｒｍ￣ａｎｃｅｏｆｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｓｕｌｆｕｒｌｏａｄｉｎｇｕｔｉｌｉｚｉｎｇｉｏｎｓｅｌｅｃｔｉｖｅＭＷＣＮＴ/ＳＰＡＮＩｍｏｄｉｆｉｅｄｓｅｐａｒａ￣ｔｏｒ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌꎬ２０１８ꎬ３３４:３０５－３１２.[３２]㊀ＳＯＮＧＸꎬＷＡＮＧＳＱꎬＣＨＥＮＧＰꎬｅｔａｌ.Ｆｅ－Ｎ－ｄｏｐｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｆｉｂｅｒａｎｄｇｒａｐｈｅｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄｓｅｐａｒａｔｏｒｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒ￣ｎａｌꎬ２０１８ꎬ３３３:５６４－５７１.[３３]㊀ＬＡＩＹＱꎬＷＡＮＧＰꎬＱＩＮＦＲꎬｅｔａｌ.Ａｃａｒｂｏｎｎａｎｏｆｉｂｅｒ＠ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓδ－ＭｎＯ２ｎａｎｏｓｈｅｅｔ－ｃｏａｔｅｄｓｅｐａｒａｔｏｒｆｏｒｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１７ꎬ９:１７９－１８７.[３４]㊀ＰＥＮＧＨＪꎬＷＡＮＧＤＷꎬＨＵＡＮＧＪＱꎬｅｔａｌ.Ｊａｎｕｓｓｅｐａ￣ｒａｔｏｒｏｆｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｃｅｌｌｕｌａｒｇｒａｐｈｅｎｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｓｕｌｆｕｒｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１６ꎬ３:１５００２６８.[３５]㊀ＺＨＡＮＧＺＹꎬＬＡＩＹＱꎬＺＨＡＮＧＺＡꎬｅｔａｌ.Ａｌ２Ｏ３－ｃｏａ￣ｔｅｄｐｏｒｏｕｓｓｅｐａｒａｔｏｒｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒ￣ｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａꎬ２０１４ꎬ１２９:５５－６１.[３６]㊀ＬＩＷꎬＪＯＣＥＬＹＮＨＧꎬＷＡＮＧＪꎬｅｔａｌ.Ｖ２Ｏ５ｐｏｌｙｓｕｌｆｉｄｅａｎｉｏｎｂａｒｒｉｅｒｆｏｒｌｏｎｇｌｉｖｅｄＬｉ—Ｓｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].Ｃｈｅｍｉｓ￣ｔｒｙｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１４ꎬ２６:３４０３－３４１０.[３７]㊀ＷＡＮＧＳＷꎬＱＩＡＮＸＹꎬＪＩＮＬＮꎬｅｔａｌ.Ｓｅｐａｒａｔｏｒｍｏｄｉ￣ｆｉｅｄｂｙＹ２Ｏ３ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ－ｋｅｔｊｅｎｂｌａｃｋｈｙｂｒｉｄａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌ￣ｉｄＳｔａｔｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１７ꎬ２１:３２２９－３２３６. [３８]㊀ＸＵＱꎬＨＵＧꎬＢＩＨꎬｅｔａｌ.Ａｔｒｉｌａｙｅｒｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ/Ａｌ２Ｏ３/ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｓｅｐａｒａｔｏｒｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒｂａｔ￣ｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].Ｉｏｎｉｃｓꎬ２０１５ꎬ２１:９８１－９８６.。
锂硫电池前景
锂硫电池前景
锂硫电池是一种新型的高能量密度电池，具备较高的储能能力和长寿命，被广泛研究和应用于电动汽车、储能系统和便携式电子设备等领域。
锂硫电池的前景光明，主要有以下几个方面的原因。
首先，锂硫电池具有更高的能量密度。
相比于传统的锂离子电池和镍氢电池，锂硫电池的单位容量能量更高，可以提供更长的使用时间。
这使得锂硫电池在电动汽车领域具备巨大的潜力，能够带来更远的续航里程，提升电动汽车的竞争力。
其次，锂硫电池具有更低的成本。
锂硫电池的主要材料是硫和锂，相对于锂离子电池的钴和镍，硫的价格较低廉。
此外，锂硫电池不需要贵重金属，而是采用廉价的多孔隔膜材料。
这些特点使得锂硫电池的生产成本相对较低，具备更广阔的市场前景。
再次，锂硫电池具有更长的寿命。
锂硫电池具有更高的循环寿命和更好的抗击穿性能，因此可以更持久地使用。
相比于传统的锂离子电池，在相同的循环次数下，锂硫电池的容量衰减更小。
这使得锂硫电池在储能系统和便携式电子设备等领域具备更长的使用寿命，降低了使用成本。
最后，锂硫电池具有更好的环境友好性。
由于锂和硫都是地球上丰富的元素，制造锂硫电池的过程对环境的影响较小。
此外，锂硫电池不需含有有毒的重金属，其回收过程也相对较简单。
这使得锂硫电池在可持续发展的背景下，成为一种理想的能源
储存解决方案。
综上所述，锂硫电池具备高能量密度、低成本、长寿命和环境友好的优势，具有广阔的市场前景。
随着科技的进步和工程实践的积累，锂硫电池有望在电动汽车、储能系统和便携式电子设备等领域得到广泛应用。
锂硫电池的优点与挑战及其在动力电池中的发展前景分析
锂硫电池的优点与挑战及其在动力电池中的发展前景分析近年来，电动汽车的快速发展使得动力电池技术日益受到关注。
作为一种新型二次电池，锂硫电池因其高能量密度和环境友好性备受瞩目。
本文将探讨锂硫电池的优点和挑战，并分析其在动力电池领域的发展前景。
1. 锂硫电池的优点1.1 高能量密度：锂硫电池相比传统的锂离子电池，具有更高的能量密度，可以实现更远的行驶里程，从而满足电动汽车对续航里程的需求。
1.2 环境友好：锂硫电池使用的是非常广泛的元素，锂和硫，相比其他动力电池，如镍氢电池和镍镉电池，锂硫电池的制造和回收过程更加环保。
1.3 成本效益：由于锂硫电池使用的是相对较为廉价的原材料，并且制造过程相对简单，因此锂硫电池在成本方面具有优势，可以降低电动汽车的制造成本。
2. 锂硫电池的挑战2.1 低循环寿命：锂硫电池在充放电过程中会出现锂枝晶的生长，导致电池内部结构损坏，从而降低循环寿命。
这是锂硫电池目前面临的主要挑战之一。
2.2 容量衰减：由于锂硫电池内部的化学反应机制，电池在使用一段时间后容量会逐渐下降，限制了其在动力电池领域的应用范围。
2.3 安全性问题：锂硫电池在一些情况下可能会发生热失控、起火等安全问题，这也是需要解决的关键挑战。
3. 锂硫电池在动力电池中的发展前景3.1 技术改进：随着科技的进步，锂硫电池的制造工艺和材料的改进将有助于克服其目前面临的挑战。
例如，采用新的电解质、改变电池结构和加强界面稳定性等都是提高锂硫电池性能的关键研究方向。
3.2 市场需求：电动汽车市场的扩大将对动力电池提出更高的要求，包括更长的续航里程、更快的充电速度和更高的安全性能。
锂硫电池作为一种具有潜力的技术，在满足这些需求方面有广阔的市场前景。
3.3 国家政策支持：各国对于环保能源的需求不断增加，政府对于新能源汽车的推广给予了大力支持。
因此，锂硫电池在动力电池领域的应用前景非常乐观。
综上所述，锂硫电池作为一种新兴的动力电池技术，具有高能量密度、环境友好和较低的制造成本等优点。
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_硫电池的研究现状_问题及挑战
第28卷 第11期 无 机 材 料 学 报Vol. 28No. 112013年11月Journal of Inorganic Materials Nov., 2013收稿日期: 2013-08-07; 收到修改稿日期: 2013-08-17基金项目: 国家自然科学基金 (51072083); 国家863计划(2011AA11A256)National Natural Science Foundation of China (51072083); 863 Program (2011AA11A256)作者简介: 胡菁菁(1988−), 女, 博士研究生. E-mail: hujingjing@ 文章编号: 1000-324X(2013)11-1181-06 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2013.13387锂/硫电池的研究现状、问题及挑战胡菁菁, 李国然, 高学平(南开大学 新能源材料化学研究所, 天津300071)摘 要: 锂/硫电池是以金属锂为负极、单质硫为正极而构筑的二次电池体系。
锂/硫电池具有高的理论能量密度 (2600 Wh/kg), 成为最具发展潜力的高能化学电源体系。
但这种基于溶解−沉积反应的锂/硫电池体系仍面临一些无法避免的问题, 包括金属锂负极的显著结构变化、硫正极材料存在的活性物质利用率低和循环性能差等缺点, 制约了锂/硫电池的发展。
本文结合近年来关于锂/硫电池的突破进展, 简要阐述了锂/硫电池的研究现状、问题及面临的挑战。
关 键 词: 锂硫电池; 硫; 锂; 电解液; 复合材料; 综述 中图分类号: O646 文献标识码: ACurrent Status, Problems and Challenges in Lithium-sulfur BatteriesHU Jing-Jing, LI Guo-Ran, GAO Xue-Ping(Institute of New Energy Material Chemistry, Nankai University, Tianjin 300071, China)Abstract: Lithium-sulfur battery, fabricated with metal lithium as anode and sulfur as cathode, has received moreattention as the most promising high energy power sources due to its high theoretical energy density (2600 Wh/kg). However, there are some serious and unavoidable problems for lithium-sulfur battery based on the dissolu-tion-deposition processes in organic electrolyte, including serious structure change of metallic lithium anode, the lower utilization and poor cycle performance of active materials, which become a big barrier for the research and development of lithium-sulfur battery. The current status, problems and challenges of lithium-sulfur battery are summarized, including the sulfur-based cathode composites, electrolyte and lithium anode.Key words: lithium-sulfur battery; sulfur; lithium; electrolyte; composite; review面对新能源技术的飞速发展, 特别是随着智能通讯和电动汽车领域的潜在市场需求, 发展具有更高能量密度的二次电池体系的任务十分迫切。
新型锂硫电池的开发研究
新型锂硫电池的开发研究在当今能源需求不断增长和环境问题日益严峻的背景下，新型电池技术的研发成为了科学界和工业界的热门领域。
其中，锂硫电池因其高理论能量密度、低成本和环境友好等优点，受到了广泛的关注和研究。
锂硫电池的工作原理基于锂与硫之间的氧化还原反应。
在放电过程中，硫被还原为多硫化物，最终转化为硫化锂；充电时则进行相反的过程。
然而，这一过程并非一帆风顺，锂硫电池在实际应用中面临着诸多挑战。
首先，硫及其放电产物硫化锂的导电性较差，这严重限制了电池的充放电性能。
为了解决这一问题，研究人员尝试了多种方法。
一种常见的策略是将硫与导电材料复合，如碳材料。
碳材料具有良好的导电性，可以为电子提供快速传输通道，从而提高电池的性能。
例如，将硫封装在多孔碳纳米球中，既能提高导电性，又能限制多硫化物的溶解。
其次，多硫化物在电解液中的溶解和穿梭效应是锂硫电池面临的另一个重大难题。
在充放电过程中生成的多硫化物易溶解在电解液中，并在正负极之间来回穿梭，这不仅导致活性物质的损失，还会造成电池容量的快速衰减。
为了抑制多硫化物的穿梭，研究者们采取了多种措施。
一方面，通过设计特殊的电极结构，如具有物理阻挡层的电极，可以阻止多硫化物的扩散。
另一方面，在电解液中添加功能性添加剂，能够与多硫化物发生化学作用，将其固定在正极区域。
此外，锂硫电池的循环稳定性和安全性也是需要重点关注的问题。
在长期循环过程中，电极结构可能会发生破坏，影响电池的性能和寿命。
为了提高循环稳定性，优化电极的制备工艺和结构设计至关重要。
同时，开发安全性更高的电解液和隔膜材料，对于保障锂硫电池的安全运行具有重要意义。
针对上述问题，科研人员在新型锂硫电池的开发研究方面取得了一系列重要进展。
在正极材料方面，除了传统的碳材料，一些新型的导电聚合物和金属有机框架材料也展现出了良好的应用前景。
导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯等，不仅具有良好的导电性，还能通过化学作用与多硫化物相互作用，抑制其穿梭。
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负极保护
锂硫电池的SEI膜由于多硫化物反应的复杂性而不稳定，从而影响电极的稳定性，负极保护 有两种方法：
镀膜法：
• • Samsung 公司提出用溅射的方法在锂表面形成一层Li3 PO4预处理层，后通N2在锂表面 形成LiPON 保护层 Polyplus 公司采取了在锂表面覆盖两层保护膜的方案，第一层是与锂相容性好的锂离 子导体层，如LiI、Li3N 等，第二层是与第一层相容性好、能传导锂离子且能防电解 液渗透的玻璃陶瓷层，含有P2O5、SiO2、Al2O3等成分 Sion Power 公司还提出以锂合金代替锂，可以减少枝晶生成，提高稳定性
电位较低 2.2V（vs. Li+/Li）
锂硫电池
2010年7月，Sion Power的锂硫电池则应用于美国无 人驾驶飞机动力源，表现引人注目，无人机白天靠太 阳能电池充电，晚上放电提供动力，创造了连续飞行 14天的纪录
锂硫电池的不足
• • 锂支晶：锂的电化学沉积速率(i0=~8*10-4A/cm2)远大于锂离子的扩散传输 速率(D=~ 4×10-6 cm2·s-1),故锂电极受扩散控制，特征表现为产生锂支晶 不稳定的SEI膜：在锂硫电池中，多硫化物与锂产生SEI膜，由于反应复 杂性，SEI膜不稳定，影响了锂电极的稳定性能。硫化物阴离子不仅可与 溶解硫或短链聚硫离子反应生成易溶性多硫化物，也可发生电化学还原 生成 Li2S 沉淀（2Li + Li2Sx → Li2Sx–1 +Li2S↓），而 Li2S 沉淀又可能与溶 液中聚硫离子生成多硫化物（Li2S + 2 Li2Sx → Li2Sx–1 + Li2Sx+1） 体积变化较大：硫的密度(2.03g/cm3)较Li2S(1.67g/cm3)高出约20%，充 放电过程中产生收缩与膨胀 穿梭效应：正极的中间产物长链聚硫离子溶解扩散至负极，在负极表面 还原生成短链聚硫离子，后者又扩散至正极，在充电时被氧化成长链聚 硫离子，这个过程消耗了充放电电量，限制了锂硫两极的电化学效率。 电位较低 硫是绝缘体
Journal of Electroanalytical Chemistry 573 (2004) 121–128
正极：PAN与S高温共混 负极：Li 性能：第二圈放电520mAh/g，240圈后为480mAh/g
硫聚合物—聚吡咯(PPy)
Journal of Power Sources 196 (2011) 6951–6955 正极：S/tubular Ppy+乙炔黑+PEO 电解液： 1 M LiCF3SO3 /TEGDME 性能：首圈循环容量1153mAh/g ，80圈后650mAh/g
•
现场保护，通过电解液中的添加剂形成稳定SEI膜
•
•
Samsung 公司采用含氟隔膜，可以在锂负极表面生成LiF 保护层
Sion Power 公司用含N—O键化合物如硝酸锂等作为稳定锂负极的添加剂，可以减小穿 梭效应
电解质—固态电解质
Electrochemistry Communications 5 (2003) 701–705
硫碳复合材料——石墨烯
Chem. Commun., 2012, 48, 4106–4108
性能：高倍率性能优异，1.6A/g(0.95C)条件下，200圈后放电容量670mAh/g
RGO-TG-S增强性能示意图 TG: a thermally exfoliated graphene nanosheet RGO: reduced graphene oxides
安全性
• 商用锂离子电池正极LiCoO2的不安全性
成本
• LiCoO2的成本较高
动力电池发展现状
化学体系 负极/正极 理论容量 Ah/kg 370/~295 实际容量 Ah/kg <300/160+ 电位 vs Li+/Li 100mV/3.9V 开路电压 3.9V LiC6/LiCoO2 氧化钴锂 (Sanyo， Samsung等) LiC6/LiNixCoyAlz 镍基材料 （Johnson Control,Salt） 尖晶石结构 LiC6/LiMn2O4 氧化锰锂 （LG Chem）• •源自• •锂硫电池改性研究
改性研究
基于锂 硫的新 体系
替代Li金 属
含硫复 合材料
金属二元 硫化物 有机硫化 合物
硫/纳米金 属氧化物
负极保 护
硫碳复合 材料 镀膜或形 成SEI膜
电解液
固态电解 质或离子 液体
硫碳纳米 管复合材 料
硫介孔碳 复合材料
硫石墨烯 复合材料
其他硫碳 复合材料 等
金属二元硫化物-NiS
1.5V/3.9V
2.4V
<300/160
100mV/3.3V
3.3V
锂硫电池
比容量高，理论比 容量为1685mAh/g
单质硫是绝缘体， 正负极材料体积变化大 循环性不好
硫安全性 好
优势
比能量高，与锂搭 配的电池理论比能 量为2600Wh/kg
硫成本 低、无 毒
锂负极安 全性不够 好
不足
中间产物多硫化锂溶于 电解质，向负极迁移， 造成活性物质损失
370/~300
<300/~180
100mV/3.6V
3.6V
370/148
<300/~120
100mV/3.8V
3.8V
Li4Ti5O12/LiMnO2 233/148 钛酸锂 （Enerdel， Toshiba） 磷酸亚铁锂 LiC6/LiFePO4 （A123） 370/178
~170/120
Journal of Alloys and Compounds 361 (2003) 247–251
正极：NiS（球磨法） 负极：Li 电解液：PEO 温度：80oC 电压：1.5V 理论特性容量：590mAh/g
放电时的正极反应
第一圈 特性容 量为 580mAh /g ,200 圈后特 此保留 93%，
硫/有序纳米碳阵列结构
NATURE MATERIALS VOL 8 JUNE 2009
Chem.Mater., 2009 , 21 (19), pp 4724–
4730
多孔碳/硫复合材料总结
多孔碳材料总结：虽然具有高的放电特性容量，但高倍率充放电下多硫化物还是会进入电解液，而且 合成方法较为复杂，未来的发展是构筑相互交织、稳定的 e/S8/Li+三相网络，使锂离子与反应电子能 够顺畅地在与硫接触反应，则可能实现硫的高效电化学利用
锂硫电池的研究现状分析
锂电池应用
Energy storage
Portable electronic devices
Electrical vehicles(EVs)、 PHEVs、HEVs
锂离子电池不足
容量
• 锂离子电池的能量密度一般为160-170mAh/g,常用负极材 料石墨的理论能量密度为372mAh/g，达不到EVs的需求
碳材料的良好导电性
硫碳复合材料——碳纳米管
Journal of Power Sources 189 (2009) 1141–1146
正极：硫掺杂多壁碳纳米管(S-coated-MWCNTs) 性能：60次循环后仍具有670mAh/g的容量
S-coated-MWCNTs优点： 为锂硫电池电化学反应提供较高力学强度 的反应活性点和较大的电化学反应面积 产生规则三维网络结构，有利于形成有 效导电网络并增加多孔性，阻止多硫化锂扩 散出去，并提高硫的利用率 疏通放电过程中容易堵塞正极孔洞的 Li2S S-coated-MWCNTs不足： 碳纳米管的表面积低于350m2/g，孔隙容 量不足0.5cm3/g，限制了硫元素的有效质量； 碳纳米管长度达数微米，可能引发硫原子 的不连续负载，会进一步阻碍沿碳纳米管轴 向传输的锂离子
增加正极比表面积，提高吸附 性能 扩展锂离子正极通道，起到更 好浸润作用 抑制多硫化物溶解和硫的负极 部分纳米氧化物对S-S键有催化 作用，改善动力学性能
硫碳复合材料——优势
碳高比表面，提供较大反应面积，降低极化，阻碍硫的聚集
碳的高孔容可以容纳硫，保证电极材料中足够的活性物质
碳材料吸附性能抑制多硫化物的溶解
硫聚合物—聚苯胺(PAn)
容量高，0.1C放电倍率下100圈后容 量为837mAh/g 高倍率循环性能好，500圈放电容量 比较稳定
硫/纳米金属氧化物
International Journal of Hydrogen Energy 34(2009) 1556-1559 正极：S/V2O5活性材料：Super P： Mg0.8Cu0.2O：PVDF=50:30:10:10(wt%) 电解液：1 mol L1 LiPF6/ EC:DMC:EMC (1:1:1, by volume) 性能：首次放电容量 545mAh/g,30圈后 422mAh/g(77.5%)
硫聚合物—聚(吡咯-苯胺)共聚物 (PPyA)
Electrochimica Acta 55 (2010) 4632–4636
正极：S/PPyA：乙炔黑：LA123(粘结剂)=70:20:10 (wt%) 电解液：1M LiCF3SO3/(DOL:DME=1:1 volume) 性能：首次放电容量1285mAh/g，40圈后放电容量为860mAh/g
正极：活性物质CuS/S 电解质：Li2S–P2S5 glass–ceramic electrolyte 性能：20圈后放电容量650mAh/g
固体电解质虽然能防止多硫化物 的扩散，但是还是无法提高硫的 利用率，导致寻循环性差
锂硫电池展望
• 机理研究：电极界面传质/ 传荷机制、反 应中间体的性质、速率控制步骤等 • 探索新的硫材料 • 合适的电解液成分和配比
金属硫化物总结：其他金属硫化物的研究有MoS2、MoS3、Li2S、MnS2、V2S2等，一度曾经 商业化，但是由于安全问题和功率密度较低和电活性和利用率较低等问题而受限制