锂硫电池新能源的一匹黑马-第2页-北极星储能网

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普通锂离子电池是单电子脱嵌，锂硫电池是8电子氧化还原，因而有7-8倍的理论容量和能量密度。与传统锂离子电池相似，锂硫电池由正极，负极，隔膜，电解质和隔膜组成。因此锂硫电池被认为是目前最有希望替代传统锂离子电池，成为新一代的储能设备的新能源。

硫正极材料是制约锂硫电池发展和应用的关键因素，因此我们重点关注硫正极。目前,锂硫体系的硫正极也存在几个问题需要解决：穿梭效应，导电性差，体积膨胀。

1、放电过程中多硫化物溶解 ( Li2Sx , 3 < x < 8 ) ，产生复杂的歧化反应，发生“穿梭效应”，造成大量自放电，库伦效率和循环性能降低，出现不可逆容量衰减;

2、单质硫与放电产物硫化锂的电导率低，S 电导率( 5×10-30S/cm , 25 ℃ )，Li2S / Li2S2 电导率( ~10-30 S / cm )，造成硫的利用率只有50-70%左右。

3、而且从斜方晶系α-S ( ρ1 = 2.03 g / cm3 )转化为反萤石结构的Li2S ( ρ2 = 1.66 g / cm3 ) ，体积膨胀大，破坏电极结构，影响了循环稳定性。

锂硫的江湖

小木虫里有人戏称学术届好似江湖，不同门派有着不同的独门绝技，锂硫电池的各个研究组风起云涌，何其相似。

1、Linda F. Nazar团队(关键词：模板法)

图2：为CMK-S的原理图

2009年Linda F. Nazar在Nature Materials上发表理论容量达到1320mAh/g的锂硫电池。人们首次看到了锂硫电池的无限潜力，大量研究人员开始投入对锂硫电池的研究中。

Linda F. Nazar小组以SBA-15二氧化硅模板制备3.3 nm孔径，孔体积2.1 cm3/g的统一碳矩阵CMK-3。并直接混合单质硫和碳材料CMK-3，通过热熔法155℃加热，将硫充入碳矩阵的空间中，并留出足够体积缓冲硫化锂的膨胀。最终达到1320mAh/g的高比容量。虽然研究组进行了PEG聚合物表面包覆，但松散的碳矩阵依旧不够坚固，衰减依然严重，实验也只公布了20圈的循环测试数据。但因为最早在Nature系列的学术期刊发文提到锂硫电池，其研究具有开创性的重大意义。

2、Yi Cui团队(关键词：纳米，核壳)

图3：a、Sulphur–TiO2yolk–shell的制备原理图;b、c为其对应的SEM图

Cui Yi小组延续Nazar的研究，发现PEO包覆并不能有效改善锂硫电池的循环性能。该小组在此基础上，在CMK-3外层包覆PEDOT：PSS作为壳体，防止多硫化物的扩散，效果明显。但该方案依旧具有很大缺陷，随后，该小组还以PVP为表面活性剂，控制单质硫的粒径在纳米级别，以硫代硫酸钠作为硫源，滴加浓盐酸液相沉积纳米硫颗粒。

最为代表的研究是Sulphur–TiO2 yolk–shell，蛋黄式空心球结构的内部孔隙空间来容纳硫的体积膨胀,将多硫化物溶解降到最低。0.5C放电倍率下，初次放电比容量达到1030mAh/g，循环1000圈，衰减率小于0.033%，该团队首次将锂硫电池的循环性能大大改善。

原标题：新能源黑马——Li-S电池

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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