锂硫电池技术研究近况

锂硫电池技术的研究进展近年来，随着能源危机的日益严重以及对环境保护意识的增强，新能源技术备受关注。

锂硫电池作为一种高能量密度的电池，具有很高的应用潜力。

本文将介绍锂硫电池技术的研究进展，包括其原理、优势和挑战。

锂硫电池的工作原理是通过锂离子在锂电极和硫电极之间的转移来存储和释放能量。

锂电极是正极，硫电极是负极。

在充电过程中，锂离子从锂电极转移到硫电极，硫电极上的硫原子逐渐转化为多硫化物。

而在放电过程中，锂离子从硫电极转移到锂电极，多硫化物逐渐还原为硫原子。

这一过程可以通过以下反应方程式表示：充电：Li+ + S → Li2S放电：Li2S → Li+ + S锂硫电池具有许多优势，首先是其高能量密度。

相较于传统的锂离子电池，锂硫电池的理论能量密度更高，可以提供更长的续航里程。

其次，锂硫电池的原材料丰富，成本较低。

锂和硫在地壳中都十分丰富，而且不需要稀有金属，相比之下，锂离子电池的原材料相对稀缺。

此外，锂硫电池的环境友好。

锂硫电池不含有重金属等有害物质，对环境污染较小。

然而，锂硫电池也面临着一些挑战。

首先是其循环寿命较短。

在充放电循环过程中，锂硫电池会出现硫的溶解和枝晶生长等问题，导致电池容量的衰减。

其次是安全性问题。

锂硫电池中的硫具有较高的反应活性，容易引发电池内部的化学反应，进而导致电池的短路和热失控。

此外，锂硫电池的充电速度较慢，充电时间较长，限制了其在某些应用领域的推广。

为了解决这些挑战，研究人员进行了大量的工作。

一方面，他们通过设计新型的硫正极材料来提高锂硫电池的循环寿命。

例如，使用多孔碳材料包覆硫，可以有效抑制硫的溶解，并提高电池的稳定性。

另一方面，他们通过改变电解液组成和电池结构来提高锂硫电池的安全性。

例如，添加锂盐和添加剂可以稳定电解液，减少硫的溶解和枝晶生长。

此外，研究人员还致力于改进电池的充电速度，通过设计新型的电极材料和改进电池结构来提高充电速度。

除了这些技术改进，锂硫电池的应用领域也在不断扩展。

锂硫电池在动力电池中的应用前景分析锂硫电池作为一种新型的电池技术，在动力电池领域备受关注。

它具有高能量密度、环境友好和安全性能好等特点，被认为有很大的应用潜力。

本文将对锂硫电池在动力电池中的应用前景进行深入分析，并探讨其发展趋势。

一、锂硫电池的优势锂硫电池相较于传统的锂离子电池，在能量密度方面具有巨大优势。

锂硫电池的理论能量密度可以达到500Wh/kg，是锂离子电池的两倍以上。

这使得锂硫电池在电动汽车等领域具有更长的续航里程，并能满足用户对续航能力的要求。

另外，锂硫电池具有更高的环境友好性。

与锂离子电池中存在的重金属材料相比，锂硫电池所使用的材料更加环保，并且可循环利用。

这符合当今社会对绿色环保产品的需求，也适应了世界各国对环境污染的治理要求。

此外，锂硫电池在安全性能方面也有所提升。

锂硫电池的电解液不易起火，且不会发生热失控等问题。

因此，从安全性角度考虑，锂硫电池更加可靠。

二、锂硫电池的挑战尽管锂硫电池在能量密度、环境友好性和安全性能方面有诸多优势，但仍然存在一些挑战需要克服。

首先，锂硫电池的寿命相对较短。

在充放电过程中，锂硫电池会出现硫极材料的损耗，导致电池的循环寿命较短。

这一问题需要通过优化电池结构和改进电解液等手段来解决。

其次，锂硫电池的循环效率有待提高。

由于锂硫电池在充电过程中会发生多种反应，如锂极的生长、极化现象等，使得电池的循环效率较低。

因此，提高锂硫电池的循环效率是目前研究的重要课题之一。

最后，锂硫电池的安全性问题亟待解决。

虽然锂硫电池的安全性较好，但在极端情况下仍可能出现热失控等问题。

因此，需要通过优化电池设计和控制系统来提高锂硫电池的安全性。

三、锂硫电池的应用前景尽管锂硫电池存在一些挑战，但其在动力电池中的应用前景仍然广阔。

首先，锂硫电池具有高能量密度和长续航里程的优势，可以满足电动汽车等领域对续航能力的要求。

随着新能源汽车的普及和市场需求的增长，锂硫电池有望在电动汽车领域占据重要地位。

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。

高性能锂硫电池电解液的研究与展望一、当前锂硫电池电解液的研究现状1. 传统电解液传统的锂硫电池电解液通常采用有机溶剂和锂盐组成的体系。

有机溶剂通常包括二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）和乙烯碳酸二甲酯（EC）等。

锂盐则一般采用硫酸锂（Li2SO4）。

传统电解液的优点是在电池测试中取得比较高的比容量和循环寿命，但仍面临着溶液电导率低、锂枝晶生成、极耗、极化等问题。

2. 功能化电解液功能化电解液的研究是解决传统电解液存在问题的重要方向之一。

功能化电解液的设计思路通常是在传统电解液中添加聚合物、无机固体颗粒和添加剂等，以增强其溶液电导率、抑制锂枝晶生成、增强极耗和极化抑制等功能。

目前，功能化电解液已经取得了一定的研究进展，例如在电解液中添加聚合物增加锂盐的溶解度，提高电池比容量和循环寿命。

3. 高锂活性室温离子液体电解液高锂活性室温离子液体（HTFIL）是一种新型的电解液，具有非常高的锂离子活性和电导率。

HTFIL电解液在锂硫电池中的应用已经得到了广泛的研究，可以在一定程度上提高电池的循环寿命和能量密度，但是其价格较高、合成难度大、量产困难等问题仍待解决。

二、未来高性能锂硫电池电解液的展望分子设计电解液是未来锂硫电池电解液研究的重要方向之一。

通过有机溶剂和锂盐的分子结构设计，可以达到增强电解液电导率、抑制枝晶生成和提高循环寿命等目的。

在这方面，目前已有一些研究报道了一些新型有机溶剂及锂盐的设计，取得了一些进展，但是还远未达到商业应用的要求。

在功能化电解液方面，目前针对聚合物、固体颗粒和添加剂的选择和优化工作还有待深入研究。

未来应该着重解决添加剂浓度过高导致电池循环寿命下降的问题，兼顾电池的循环寿命和能量密度之间的平衡。

新型离子液体电解液是未来锂硫电池电解液的发展趋势之一。

新型离子液体电解液具有高电导率、较低的蒸汽压和较宽的电化学窗口等优点，适合用于锂硫电池。

新型离子液体电解液的价格高昂、合成难度大成为了制约其商业应用的主要障碍。

锂硫电池产业化现状《锂硫电池产业化现状》近年来，能源领域的研究与创新不断取得突破，为可持续发展提供了新的机遇。

锂硫电池作为一种具有高能量密度和低成本的新型储能技术，备受关注。

本文将就锂硫电池产业化的现状进行探讨。

锂硫电池是一种以锂金属和硫作为正负极材料的二次电池。

其优势主要体现在高能量密度和低成本方面。

相较于传统的锂离子电池，锂硫电池的能量密度可提高至多2-3倍，使其在电动车、储能等领域有着广泛应用前景。

此外，硫的丰富性和低成本也使得锂硫电池具备极高的经济可行性。

然而，锂硫电池在产业化过程中仍面临一系列问题。

首先，硫的极性和不稳定性导致电极材料往往会发生溶解、析出等问题，降低了电池的循环寿命。

其次，锂硫电池的制造工艺复杂，一体化生产难度大，需要克服成本高、稳定性差等方面的难题。

再者，锂硫电池的安全性问题也需要解决，如易燃性和短路风险等，要求提高电池的可靠性和安全性。

为解决这些问题，全球各地的科研机构和企业正在加大研发和产业化的力度。

其中，一些重要的突破已经取得。

例如，多种导电性和化学稳定性更好的硫正极材料被开发出来，能够提高电池的稳定性和寿命。

同时，一些新型电解液和隔膜材料也由此诞生，提高了电池的能量效率和安全性。

在产业化方面，一些企业也在积极探索锂硫电池的商业应用。

目前，一部分电动汽车制造商已经开始使用锂硫电池作为动力源，尝试提升电动汽车的续航里程。

此外，储能领域对锂硫电池也表现出了极大的兴趣，因其高能量密度和低成本的特点。

然而，锂硫电池产业化仍处于起步阶段，需要进一步改善材料性能、制造工艺并推进标准化和规模化的生产。

总体来说，锂硫电池产业化的现状尚有待进一步提升。

当前，科研机构和企业正努力克服锂硫电池在循环寿命、安全性等方面存在的挑战，推动其在电动车、储能等领域的商业应用。

随着科技的不断进步和应用需求的增加，相信锂硫电池产业在未来将迎来更好的发展。

【参考文献】1. Armand M, Tarascon J-M. Building better batteries. Nature, 2008, 451(7179): 652-657.2. Manthiram A, Fu Y, Su Y-S. Challenges and prospects of lithium-sulfur batteries. Accounts of chemical research, 2013, 46(5): 1125-1134.。

锂硫电池市场化研究报告锂硫电池市场化研究报告（一）随着全球对清洁能源的需求日益增长，电池技术作为储能技术的重要组成部分，得到了广泛关注。

而锂硫电池作为一种新型的高能量密度储能技术，其潜在市场前景备受关注。

本文将对锂硫电池的市场化研究进行深入探讨。

锂硫电池是一种以锂金属或锂离子作为阳极，硫作为阴极的电池。

相对于传统的锂离子电池，锂硫电池具有更高的理论能量密度和较低的成本，具备更好的应用潜力。

然而，锂硫电池面临着很多挑战，如低循环寿命、容量衰减和安全性等问题，这限制了其在市场上的快速发展。

目前，锂硫电池市场主要集中在电动汽车、航空航天和储能领域。

电动汽车市场是锂硫电池的主要应用领域之一。

锂硫电池具有高能量密度的特点，可以提供更长的续航里程，因此广受电动汽车制造商的青睐。

然而，锂硫电池在充放电过程中容易发生容量衰减和安全性问题，这限制了其在电动汽车市场的应用。

在航空航天领域，锂硫电池也备受关注。

航空航天领域对电池的要求较高，包括高能量密度、轻量化和快速充电等特点。

锂硫电池具有高能量密度的优势，可以满足航空航天领域对储能系统的需求。

然而，锂硫电池的循环寿命和安全性问题仍然是限制其在航空航天领域应用的关键因素。

储能市场是另一个锂硫电池的重要应用领域。

随着可再生能源的快速发展，储能技术的需求日益增长。

锂硫电池以其更高的理论能量密度和较低的成本，成为储能市场的热点。

然而，锂硫电池在循环寿命、快速充电和安全性等方面面临着挑战，这限制了其在储能市场的应用规模。

从技术研发的角度来看，锂硫电池的商业化进展还面临多个挑战。

首先，如何提高锂硫电池的循环寿命，减少容量衰减是当前研发的重要目标。

其次，锂硫电池的安全性问题需要得到充分解决，以确保其在市场上的可靠性和稳定性。

此外，将锂硫电池技术与其他能源技术结合，如超级电容器和氢燃料电池等，也是提高锂硫电池市场化水平的重要途径。

总之，锂硫电池作为一种新型的高能量密度储能技术，具备广阔的市场前景。

锂硫电池的性能与应用前景分析随着科技的不断进步和可持续发展的需求，能源领域对高效、可再生的电池技术的需求也日益增长。

锂硫电池作为一种潜力巨大的能源储存技术，因其高能量密度、低成本和环境友好等特点而备受瞩目。

本文将对锂硫电池的性能进行分析，并探讨其在不同领域的应用前景。

一、锂硫电池的性能优势锂硫电池是一种基于锂离子与硫化物之间的化学反应来存储和释放能量的电池。

相比于传统的锂离子电池，锂硫电池具有以下性能优势：1. 高能量密度：锂硫电池的理论能量密度可达到3600Wh/kg，是锂离子电池的几倍。

这意味着在相同体积或重量下，锂硫电池能够存储更多的能量，延长设备的使用时间。

2. 低成本：锂硫电池所使用的材料成本低廉，硫是地球上丰富的资源，而锂的开采与回收技术也在不断改进，使得锂硫电池的制造成本得以降低。

3. 环境友好：锂硫电池所使用的材料均为可回收和可再生的，不会对环境产生污染。

相比之下，锂离子电池中的一些金属材料如钴、镍等，对环境造成了较大的影响。

二、锂硫电池的应用前景锂硫电池具有高能量密度、低成本和环境友好等优势，使其在多个领域具备广阔的应用前景。

1. 电动车领域：锂硫电池具有高能量密度和低成本的特点，能够满足电动车对于续航里程和成本的双重需求。

目前，许多汽车制造商已经开始研发和应用锂硫电池于他们的电动车产品中。

2. 可再生能源储存：随着可再生能源的不断发展，能源储存技术的需求也在增加。

锂硫电池以其高能量密度和低成本的特点，为可再生能源储存提供了一种理想的解决方案，可以有效储存太阳能和风能等不稳定的能源。

3. 电子设备：锂硫电池在电子设备领域也有广泛的应用前景。

其高能量密度使得电子设备能够拥有更长的电池续航时间，同时低成本也能够降低电子产品的制造成本。

4. 航空航天领域：由于航空航天领域对能源密度和重量要求较高，锂硫电池的高能量密度和低成本使其成为应用于此领域的理想选择。

锂硫电池的应用能够提高航空器和卫星的续航能力，减轻负载，提高整体性能。

2023年锂硫电池市场分析：锂硫电池2025年市场规模将达50亿美元网讯，锂硫电池主要应用于硫碳纳米答复合材料、硫介孔碳复合材料、硫碳复合材料等领域，被许多人认为是一种有效的能源储存解决方案。

锂硫电池是一种新型的二次电池，其正极材料是硫化物，负极材料是锂金属或锂合金。

锂硫电池具有高容量、高能量密度、低成本、环保等特点，在能源储存和新能源车辆领域具有广泛应用前景。

全球锂硫电池市场正处于快速进展阶段。

估计将来几年全球锂硫电池市场规模将快速增长，估计2025年市场规模将达到50亿美元。

主要市场地区全球锂硫电池主要市场地区包括北美、欧洲、亚太地区和拉丁美洲。

其中，亚太地区是最主要的市场地区，由于该地区是世界上最大的电动汽车市场之一。

中国、日本和韩国等国家在该市场中占据着重要地位。

北美和欧洲市场也在不断增长，由于这些地区的政府正在乐观推动电动汽车的普及和进展。

拉丁美洲市场相对较小，但也在渐渐增长。

主要厂商全球锂硫电池市场竞争激烈，主要厂商包括美国Oxis Energy、英国Oxford Performance Materials、德国BASF等。

此外，中国企业也在乐观布局锂硫电池市场，如比亚迪、宁德时代等。

市场规模增长因素环保政策的推动：全球范围内的环保政策渐渐加强，推动了新能源汽车和能源储存市场的快速进展，从而促进了锂硫电池市场的进展。

电动汽车市场的快速进展：随着全球对环保的重视和对油价上涨的担忧，电动汽车市场的需求快速增长，成为锂硫电池市场的主要推动力。

能源储存市场的快速进展：随着可再生能源的进展和智能电网的建设，能源储存市场也在快速进展，促进了锂硫电池市场的增长。

综合来看，在各国都推出环保政策，新能源汽车、能源等行业快速进展下，将给锂硫电池市场带来巨大的市场需求，估计将来行业规模将持续增长。

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第37卷第1期湖南理工学院学报(自然科学版)V ol. 37 No. 1 2024年3月 Journal of Hunan Institute of Science and Technology (Natural Sciences) Mar. 2024锂硫电池正极研究现状与趋势陈梁1, 胡利英1, 周广峰1, 杨岚云1, 徐晨曦2(1. 湖南理工学院化学化工学院, 湖南岳阳 414006;2. 中南林业科技大学材料科学与工程学院, 湖南长沙 410004)摘要:为深入了解并跟踪锂硫电池正极发展动态, 以Web of Science为数据源, 采用可视化软件CiteSpace, 从年发文量、作者、研究地域、研究机构、研究热点等方面对锂硫电池正极领域进行可视化文献分析, 并绘制相应的知识图谱. 基于大量文献调研分析, 得到如下结论: (1)锂硫电池正极研究经历1978—2009年、2010—2013年和2014—2021年三个阶段, 该领域的研究在世界范围内正受到极大关注, 并且在未来几年仍属于热门研究方向; (2)锂硫电池正极属于多学科交叉领域, 中国在该领域深耕多年, 形成一批具有较高学术影响力的研究机构和学者, 已成为该领域的核心主导力量; (3)未来有关锂硫电池正极的研究主要集中在复合型正极的构建、特殊形貌(如核壳形貌)的设计、材料改性新技术(如原子层沉积)的开发等方面, 并努力实现锂硫电池正极倍率性能和面容量的大幅提升.关键词:锂硫电池; 正极; CiteSpace中图分类号: O646 文章编号: 1672-5298(2024)01-0046-06The Research Status and Trend ofLithium-sulfur Battery CathodesCHEN Liang1, HU Liying1, ZHOU Guangfeng1, YANG Lanyun1, XU Chenxi2(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China;2. College of Materials Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)Abstract:To grasp the research status of lithium-sulfur battery cathodes, CiteSpace visualized software was employed to analyze the published documents on lithium-sulfur battery cathodes from the perspective of annual publications, authors, research regions, research institutions and research highlights by using Web of Science as the database, and the corresponding knowledge map was drawn. According to the investigation and analysis of a large amount of documents, the following conclusions can be reached: (1) The development of lithium-sulfur battery cathodes experiences three different stages (from 1978 to 2009, from 2010 to 2013 and from 2014 to 2021). The related research is attracting worldwide attentions and will become the hot direction in the next few years. (2) The research on lithium-sulfur battery cathodes belongs to multidisciplinary direction. China has been investigating this field for a long time and cultivated a group of research institutions and scholars with high academic impact, thus determining its leading role in this field. (3) The future research on lithium-sulfur battery cathodes mostly focuses on the construction of hybrid cathode, design of special morphology (such as core-shell structure), new material modification technology (such as atomic layer deposition) and so on, and is striving to greatly promote the rate performance and areal capacity of lithium-sulfur battery cathodes.Key words:lithium-sulfur battery; cathodes; CiteSpace0 引言为实现“碳达峰、碳中和”发展目标, 国家大力发展新能源汽车产业. 在众多能源存储与转换装置中[1], 锂硫电池因理论能量密度高(约2600 W·h·kg−1)、硫资源丰富、成本低廉等众多优点, 被视为新能源汽车的潜在理想动力源.通常, 锂硫电池由正极、负极、隔膜和电解液四部分构成. 其中, 正极作为锂硫电池的核心组件, 其性能是影响整个电池高效运行的关键. 锂硫电池正极的实际应用仍面临三大挑战[2]: (1)活性物质硫导电性极差, 易产生严重的电极极化现象; (2)充放电过程中多硫化物中间体发生“穿梭效应”, 造成活性物质的不可逆损失; (3)充放电过程中出现明显的体积效应, 影响电池的循环寿命.收稿日期: 2022-12-09基金项目: 湖南省自科基金优青项目(2024JJ4022); 湖南省自科基金面上项目(2023JJ30277); 湖南省普通高校青年骨干教师培养计划项目(湘教通[2023]318号)作者简介: 陈梁, 男, 博士, 副教授. 主要研究方向: 新能源材料第1期陈 梁, 等: 锂硫电池正极研究现状与趋势 47为解决上述问题, 科学家们展开了一系列探索, 以期改善锂硫电池正极的电化学性能[3]. 其中, 最有效的手段是设计并构建合适的正极硫载体. 按照硫载体的不同物化特性, 通常可将硫载体分为三类: (1)过渡金属化合物, 如金属氧化物、金属硫化物等. 将过渡金属化合物进行纳米化, 不仅能够有效分散硫粒子, 提高活性物质的利用率, 还可借助其对多硫化物的吸附特性, 大幅缓解多硫化物的“穿梭效应”. (2)碳材料, 如碳纳米管、石墨烯等. 碳材料因其种类多样、导电性优异、成本低廉、孔径丰富且物化性质可调等优点, 成为理想硫载体的首选. (3)导电聚合物, 如聚吡咯、聚苯胺等. 将导电聚合物用作硫正极载体, 不仅便于硫粒子分散, 提高硫正极导电性, 还可借助其表面丰富的极性基团吸附多硫化物, 削弱“穿梭效应”, 进而改善硫正极的电化学性能.目前, 有关锂硫电池正极的研究如火如荼, 并取得了重大进展, 但锂硫电池的商用仍需克服众多困难. 学习并了解锂硫电池正极的发展历程、研究现状以及未来趋势, 对于掌握锂硫电池的前沿动态, 并推进其大规模商用具有重要的指导和借鉴意义. CiteSpace 作为一款知识图谱可视化文献计量软件, 因其操作简单、分析能力强大等特点, 备受广大研究者青睐. 基于此, 本文采用CiteSpace 软件, 并以Web of Science 为数据源, 对已有的锂硫电池正极相关文献进行系统归纳、分类, 并从发表年限、作者、研究地域、研究机构、学科领域、研究热点等方面进行全方位综合分析, 获得相应的可视化知识图谱, 以期为广大研究者学习和了解该领域相关知识提供数据源, 也为该领域的发展走势提供参考.1 结果与分析采用Web of Science 数据库为检索源, 按照检索式“(TS=(“lithium sulfur batter”))AND((TS=(“cathode”)) OR(TS=(“positive electrode”))”进行检索. 检索文献类型选择article 和review, 检索文献发表时间设定在1978—2021年. 通过系统检索, 初步获得5548篇文献, 同时采用CiteSpace 5.8 R3(64bit)软件对所获文献进行筛选去重, 最终确定待分析文献5520篇. 1.1 发展历程分析首先, 对所发表文献数量随时间的变化情况进行统计分析(图1), 可直观反馈锂硫电池正极的发展历程. 基于分析结果, 可将1978—2021年划分为三个阶段: (1)初步探索阶段(1978—2009年). 此阶段与锂硫电池正极相关的文献仅有33篇, 文献发表年份零散无序, 且只有较少的科研人员开展相关研究, 该领域研究发展迟缓. (2)基础研究阶段(2010—2013年). 此阶段与锂硫电池正极相关的文献总计263篇, 年均发文量逐步上升, 表明该领域不断受到广大研究者的关注, 发展势头良好. (3)飞速发展阶段(2014—2021年). 自2014年开始, 锂硫电池正极领域的年均发文量呈爆炸式增长, 且增幅逐年增加. 此阶段发文量总计5224篇, 说明该领域研究已进入飞速发展阶段, 可预测未来几年锂硫电池正极仍是热门研究方向. 1.2 作者合作关系分析图2为三个不同发展阶段所发表文献的作者合作关系图谱. 图中不同作者之间的连线表示其合作关系情况, 连线颜色越深, 表明作者合作越密切; 连线间的节点大小则与作者发表的文献数量呈正相关关系, 节点越大, 表明作者发表的文献数量越多.图1 1978—2021年发表文献数量随时间的变化分布48 湖南理工学院学报(自然科学版) 第37卷图2 第一阶段(a)、第二阶段(b)和第三阶段(c)锂硫电池正极领域发表文献的作者合作关系图谱由图2(a)可知, 第一阶段作者之间的合作较少, 几乎呈“单打”模式; 稀疏弱小的节点也表现出作者所发表的文献数量微乎其微. 该阶段的研究主要集中在探究硫正极的氧化还原反应历程[4]和电池容量衰减机制[5]. 与第一阶段相比, 第二阶段[图2(b)]节点明显增多、变大, 表明此阶段发表文献的作者逐渐增多, 作者之间的相互合作逐渐增强, 相关领域的学术成果逐渐丰富. 该阶段尝试提出将硫单质与导电聚合物等复合[6]、改善硫正极导电性差[7]和多硫化物“穿梭效应”[8]等问题. 相比于前两个阶段, 第三阶段[图2(c)]的连线和节点大幅变密、增大, 反映此阶段研究发展迅猛, 学术成果丰硕, 且不同学者之间合作密切. 该阶段主要从解决多硫化物“穿梭效应”和硫正极“体积效应”[9]出发, 聚焦碳/硫复合材料[10]、碳/导电聚合物复合材料[11]等设计、制备、表征和性能研究.根据上述三个不同阶段作者发表论文的高被引情况, 确定了相应阶段具有较高学术影响力的学者的情况(表1). 其中, 第一阶段较有影响力的学者包括Marmorstein D [12−13]、Cheon S E [14−15]、Jeon B H [16−17]等; 第二阶段较有影响力的学者包括Ji X L [18−19]、Mikhaylik Y V [20]等; 第三阶段较有影响力的学者包括Manthiram A [21−22]、Zhou G M [23−24]等.表1 三个阶段的高被引作者统计阶段被引作者被引频次阶段被引作者被引频次1Marmorstein D223 Manthiram A2415Cheon S E 14 Zhou G M 2046 Jeon B H 10 Bruce PG 18102Ji X L 231 Pang Q 1727 Mikhaylik Y V 127 Z Li 1683 Zhang B 118 Liang X 1621 Jayaprakash N117 Seh Z W 1599 Wang J L 116 Peng H J 1587 Wang H L 114 Yang Y 1477 Bruce P G 109 Zhang S S 1364 Cheon S E 107 Chung S H1282 Yang Y 106 Su Y S 1117第1期陈梁, 等: 锂硫电池正极研究现状与趋势 49 1.3 研究地域和机构合作关系分析图3是不同阶段研究地域之间的合作关系图谱; 表2显示了不同阶段主要发文国家的发文量情况. 经分析发现, 第一阶段锂硫电池正极研究的科研力量集中在韩国和中国, 且两国的发文量占总发文量的绝大部分. 进入第二阶段后, 中国的发文量显著增加, 已超过韩国, 逐步形成了以中美为主导、韩澳德为支柱的科研合作关系网. 在第三阶段, 中国的学术成果丰硕, 发文量已高达3702篇, 遥遥领先于其他国家,表明其在该领域的核心主导地位, 同时也预示中国在未来一段时间内将是该领域的“领头羊”.图3 第一阶段(a)、第二阶段(b)和第三阶段(c)锂硫电池正极领域研究地域的合作关系图谱表2 不同阶段主要发文国家的发文量情况阶段发文国家发文量阶段发文国家发文量1South Korea 153 China 3702China 13 USA 779 USA 3 SouthKorea315 Russia 3 Australia 2222China 133 Germany 184 USA 76 Canada 150 South Korea 23 Japan 141Germany 17 India 111 Canada 15 Singapore 83 Australia 10 England82图4为1978—2021年锂硫电池正极领域各研究机构合作关系图谱. 通过图谱分析, 我们可了解相关领域具有核心地位的研究机构. 为清楚反映研究机构对科研合作网络连线的重要性, 在此采用“中介中心性”这一指标进行评估. 节点的中介中心性越高(紫色节点代表中介中心性大于0.1的研究机构), 表明其重要性越大. 表3展示了1978—2021年各研究机构的中介中心性及初始发文时间和发文量. 结合图4和表3可知,锂硫电池正极领域各研究机构已产生密切的合作关系,尽管部分机构并非第一阶段就涉足该领域的研究, 但其后期发展速度惊人, 如中国的南京大学、天津大学、南开大学等研究机构的中介中心性均大于0.4. 与其他国家相比, 中国的研究机构中介中心性强, 发文量大, 图4 1978—2021年各研究机构合作关系图谱50 湖南理工学院学报(自然科学版) 第37卷在该领域已占据核心主导地位.表3 1978—2021年各研究机构的合作关系情况研究机构发文量中介中心性发文年份Nanjing University 71 0.48 2012Tianjin University 79 0.43 2010Nankai University 74 0.41 2009Nanjing University of Aeronautics Astronautics 51 0.41 2012University of Wollongong 59 0.38 2012University of California Berkeley 31 0.35 2011University of Science and Technology of China 116 0.28 2014Hong Kong Polytech University 42 0.28 2015Washington State University 16 0.28 2016Beijing Institute of Technology 132 0.26 20091.4 学科领域分析图5为锂硫电池正极研究领域涉及的学科图谱. 很显然, 锂硫电池正极研究领域所涉及的学科范围较广, 并与工程学、材料学、化学等多学科关联密切. 表4为1978—2021年锂硫电池正极研究领域的学科分布情况表. 结合图5和表4可知, 学习并深入了解锂硫电池正极方向, 需要扎实的材料、化学、环境等学科理论知识. 只有通过学科之间的有机交叉, 才能更好地推进锂硫电池正极的研究工作.图5 锂硫电池正极研究领域涉及的学科图谱表4 1978—2021年锂硫电池正极研究领域的学科分布情况学科类别出现年份中介中心性0.61Engineering 2002Materials Science 2002 0.35Energy & Fuels 2002 0.250.22Chemistry 2000Biotechnology & Applied Microbiology 2016 0.200.14Physics 2002Science & Technology 2009 0.13Chemical Engineering 2006 0.08Electrical & Electronic Engineering 2002 0.081.5 研究热点与趋势分析图6为2019—2021年锂硫电池正极研究领域热点关键词分布图谱. 图6中Hybrid Cathode、Core ShellStructure、Atomic Layer Deposition等热点词的出现, 表明构建复合型正极、设计特殊形貌(如核壳形貌)、开发材料改性新技术(如原子层沉积)是当前锂硫电池正极研究的热点方向; 同时, Conductive Polymer、Reduced Graphene Oxide、2D Mxene等热点词的出现, 表明导电聚合物、石墨烯、二维Mxene等成为新兴的优质硫载体材料; 此外, High Rate Performance、High Areal Capacity等热点词的出现, 也表明提升锂硫电池正极的倍率性能和面容量将是未来锂硫电池正极领域的发展方向.第1期陈 梁, 等: 锂硫电池正极研究现状与趋势 512 结束语学习并了解锂硫电池正极的发展历程、研究现状以及未来趋势, 对于掌握锂硫电池的前沿动态, 并推进其大规模商用具有重要的指导和借鉴意义. 基于此, 本文采用CiteSpace 软件, 对已有的锂硫电池正极相关文献进行系统归纳、分类, 并从发表年限、作者、研究地域、研究机构等方面进行综合分析, 获得相应的可视化知识图谱. 研究发现: 锂硫电池正极研究经历了1978—2009年、2010—2013年和2014—2021年三个发展阶段, 该领域的研究目前在世界范围内正受到极大关注, 并且在未来几年仍属于热点研究方向; 中国在锂硫电池正极领域深耕多年, 形成了一批具有较高学术影响力的研究机构和学者, 已成为该领域的核心主导力量; 未来有关锂硫电池正极的研究主要集中在复合型正极的构建、特殊形貌(如核壳形貌)的设计、材料改性新技术(如原子层沉积)的开发等方面, 并努力实现锂硫电池正极倍率性能和面容量的大幅提升.参考文献:[1] 陈 梁, 陈 倩, 陈洋羊, 等. 燃料电池用氧还原反应催化剂的研究进展[J]. 湖南理工学院学报(自然科学版), 2022, 35(1): 47−50+91. 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