鉅大LARGE | 點擊量：3154次 | 2020年08月24日
什么是鋰硫電池?
鋰離子電池（LiCo02）是單電子脫嵌，而鋰硫電池是8電子氧化還原，因而鋰硫電池有是鋰離子電池7-8倍容量的理論。
盡管聚合物鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于3C產(chǎn)品，但是由于能量密度，也就是容量續(xù)航能力有限，要經(jīng)常充電，是一件比較麻煩的事情。最為直觀的感受就是，換了智能手機之后，大家是每天充電，甚至充電寶不離手的狀態(tài)。當今社會要一種低成本，無污染，性能穩(wěn)定，比容量大，能量密度高的新型鋰離子電池滿足更長的續(xù)航需求和更快的充電速度。
鋰硫電池發(fā)展史：鋰離子電池有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(zhì)。
早期鋰硫體系作為一次電池被研究，甚至還一度商業(yè)化生產(chǎn)，但后來被可充電電池取代擱置。2009年LindaF.Nazar在NatureMaterials上提出有關(guān)鋰硫二次可充放電池，并用CMK-3實現(xiàn)了1320mAh/g的高比容量。自此鋰硫電池真正開啟了發(fā)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。平均電壓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(tǒng)商業(yè)化以LiCo02為正極的鋰離子電池（理論比容量273.8mAh/g，能量密度360Wh/kg）7倍左右。相比普通鋰離子電池，鋰硫電池的放電本質(zhì)不是簡單的鋰離子脫嵌，而是伴隨著大量中間產(chǎn)物的氧化還原過程。鋰硫放電電池放電過程中，單質(zhì)硫從環(huán)狀S8開環(huán)與Li反應(yīng)，由長鏈Li2S8向短鏈Li2S轉(zhuǎn)化的過程中伴隨著兩個明顯的放電平臺，高電勢放電平臺為2.45V—-2.1V，該過程可認為大量S8向S42-轉(zhuǎn)化，而低電勢放電則為2.1V—1.7V，此過程為大量S42-轉(zhuǎn)化為S22-與S2-。另一方面，不同的轉(zhuǎn)化程度也對應(yīng)著不同的電容量。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
放電反應(yīng)方程如下：
正極：S8+16Li+e-→8Li2S
負極：Li→Li++e-
總反應(yīng)：2Li+nS→Li2Sn→Li2S
普通鋰離子電池是單電子脫嵌，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(tǒng)鋰離子電池相似，鋰硫電池由正極，負極，隔膜，電解質(zhì)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(tǒng)鋰離子電池，成為新一代的儲能設(shè)備的新能源。
硫正極材料是制約鋰硫電池發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵因素，因此我們重點關(guān)注硫正極。目前，鋰硫體系的硫正極也存在幾個問題要解決：穿梭效應(yīng)，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(xiàn)復雜的歧化反應(yīng)，發(fā)生“穿梭效應(yīng)”，造成大量自放電，庫倫效率和循環(huán)性能降低，出現(xiàn)不可逆容量衰減；
2、單質(zhì)硫與放電產(chǎn)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），造成硫的利用率只有50-70%左右。
3、而且從斜方晶系α-S（ρ1=2.03g/cm3）轉(zhuǎn)化為反螢石結(jié)構(gòu)的Li2S（ρ2=1.66g/cm3），體積膨脹大，破壞電極結(jié)構(gòu)，影響了循環(huán)穩(wěn)定性
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