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四、锂负极保护
由于充放电过程的穿梭效应,氧化还原反应的中间产物多硫化锂会扩散到锂负极并与之反应,导致负极腐蚀钝化,电池性能衰减。通常采用现场保护和非现场保护的方法,在负极表面形成一层保护膜,避免锂枝晶的形成,提高电池的循环寿命和稳定性,减少安全隐患。
现场保护是指借助特定的化学反应方法在电池负极表面生成保护膜。例如,在液态电解质中加入能够与锂反应的添加剂,或者通过紫外线固化聚合等方法,使得负极表面形成稳定的SEI膜,从而减轻负极的钝化程度,提高锂硫电池的循环稳定性,并且进一步起到防止过充的作用。
另一种方式则是先对金属锂片进行修饰改性,再进行电池组装,即非现场保护。Skotheim[29]在锂片表面合成了合金过渡层,用以抵制锂与电解液之间发生反应,维持锂负极在循环过程中的稳定性。
Affinito在真空下采用低温蒸镀和辐射的方法,在锂负极表面沉积了不同厚度的聚合物保护膜,提高了负极的稳定性。另一种思路则是利用二氧化硫(SO2)、硫酰氯(SO2Cl2)、亚硫酰氯(SOCl2)等氧化剂或磷酸(H3PO4)、亚磷酸(H3PO3)等无机酸对锂进行化学处理,形成钝化层,防止电解液对锂负极的侵蚀,提高电池的使用寿命和安全性能。
五、结语
与传统锂离子电池相比,锂硫电池具有高的理论比容量、安全性好、储存成本低、环境友好等优点,有着广阔的研究和发展前景。目前,对锂硫电池的研究目的在于提高其实际比容量和循环性能,研究的方向主要是通过对正极材料、电解液、锂负极、粘结剂的改性和工艺的优化实现电池整体性能的提高。正极材料的性能是决定电池放电比容量及循环性能的重要因素,从目前的研究状况来看,各种多孔导电碳与硫的复合正极所组装的电池综合性能较好,碳材料多孔的结构和较好的导电性有利于提高硫的利用率。
目前,研究人员正在努力尝试探索新的改性方向:对正负极间隔膜的处理和改进;通过包覆、镀膜等方法对电极和隔膜进行改性和保护等。随着研究的不断深入和工艺的改进,锂硫电池的性能逐步提高。基于其广阔的市场需求和发展空间,锂硫二次电池将成为该领域未来的重要研究方向。
(童洋武 李合琴 张静 唐培 齐威宇 王璐璐 梁资拓)
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