锂硫电池研究进展

锂硫电池概述锂硫电池（LSBs）是一种以硫为正极活性物质，金属锂为负极的新型二次电池。

受益于硫相态变化的多电子反应，锂硫电池拥有高达1675mAhg-1和2600Whkg-1的理论比容量和比能量，相当于商用锂离子电池数倍，并且硫储量丰富、价格低、环境友好，因而锂硫电池被认为是极具开发潜力和应用前景的新一代二次电池技术。

一、锂硫电池的结构锂硫电池主要由硫正极、锂负极、隔膜和电解质等组成。

硫正极是由活性物质硫与导电剂及粘结剂等按照一定比例均匀混合制备而成；锂负极为普通商用锂片；正负极之间放置隔膜，隔膜材质为聚合物且具有多孔隙、不导电的特点，目的是选择性通过离子而隔绝电子；电解液为含硝酸锂的非水类电解液体系，为锂硫电池内部氧化还原反应提供液态环境。

下图展示了锂硫电池的结构。

二、锂硫电池的储能机理LSBs的工作原理是单质硫与锂离子之间发生的可逆氧化还原反应。

放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化锂，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。

在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。

图1.2为电池充放电过程单质硫的可逆转化示意图，其中放电时大致包括以下反应过程：正极反应：图 1.2可以看出，放电曲线有两个较为明显的平台，分别位于2.4-2.1V和2.1-1.5V。

放电前，正极活性硫的初始状态为环形分子（S8），放电开始后，S8分子发生开环反应并与锂离子结合生成Li2S8分子（式1-1），随着反应的进行，Li2S8进一步与锂离子结合生成长链多硫化锂Li2S6和Li2S4（式1-2和1-3），这一过程对应位于2.4-2.1V的第一放电平台；长链多硫化锂在有机电解液中溶解并在隔膜两侧扩散迁移，随着电化学反应的继续进行，长链多硫化锂在反应过程中得到电子被还原为短链多硫化锂（Li2S2和Li2S）（式1-4和1-5），这个反应过程在放电曲线中对应于第二个较长的平台（2.1-1.5V附近），这一过程贡献了LSBs大部分的理论容量，因此第二平台的反应深度很大程度上决定了LSBs的性能。

Li-S电池和Li-Air电池的研究进展锂离子电池已经改变了便携式电子产品，并且在交通电气化中扮演了非常重要的角色。

然而，锂离子电池的能量上限不足以满足当今社会的长远需求，例如扩展范围的电力汽车。

超越锂离子电池的限制是一个艰难的挑战，有几种选择。

这里，我们考虑两种：锂硫电池和锂空气电池。

储存在锂硫电池和锂空气电池中的能量不亚于锂离子电池。

科研工作者还正在研究这两种电池的作用机理，如果这两种电池被成功开发，那么一直困扰着人们的难题将会被解决。

在电池的反应机制以及新的材料方面的最新科学进展是非常关键的。

第一章锂硫电池[1]1.1背景锂离子电池(LIBs)，是最普遍的可交换能源之一，在20世纪90年代最初被使用到现在已经超过了20多年，在便携式设备中一直被广泛使用。

然而，LIBs已经达到其理论能量极限，因此不能满足当今电力汽车的大容量与长循环寿命的需求。

随着越来越迫切的需求以及强大的市场潜力，科研工作者们开始研究具有更高能量密度而且成本更低的可交换电池。

金属锂在所有金属中电负性很高而拥有最低的密度，所以有着最高的容量（3861 mAh/g）,而且它是所有的可交换电池负极材料中优先考虑的。

单质硫的理论容量是1673 mAh/g。

因此，在考虑锂硫完全反应的情况下，锂硫电池可以达到非常高的质量能量密度(2500Wh/kg)和体积能量密度(2800 Wh/L)。

而且由于地球上硫元素的储备非常丰富，该电池比LIBs的成本更低。

与LIBs相比，硫阴极可以保持在一个安全的电压范围（1.5-2.5V）。

另外，硫是无毒的。

毋庸置疑，锂硫电池的这些优势使其成为能源储备的一个非常好的选择，同时在绿色能源中也扮演了非常重要的角色，因此缓解了全球变暖而且减少了化石燃料的使用。

然而，锂硫电池的商业化收到了以下方面的阻碍。

例如硫元素的绝热特性以及多硫化物的溶解会导致硫的损失和电池容量的极速降低。

为了解决这些问题，人们努力把材料做成纳米维度和结构，纳米尺寸材料因其不易降解的特性成为解决上述问题的一种非常有效的手段。

《锂硫电池正负极材料的制备及电化学性能研究》篇一一、引言随着电动汽车、智能设备等新兴产业的快速发展，对高能量密度、长循环寿命的电池需求日益增长。

锂硫电池因其高能量密度和低成本的优势，被视为下一代电池的重要候选者。

锂硫电池的正负极材料对电池性能起着决定性作用，因此，对正负极材料的制备及电化学性能的研究具有重要意义。

本文将详细介绍锂硫电池正负极材料的制备方法及电化学性能研究。

二、锂硫电池正极材料制备及性能研究1. 制备方法锂硫电池正极材料主要包括硫、导电剂和粘结剂等。

目前，常用的制备方法包括熔融法、溶液法等。

熔融法是将硫与导电剂在高温下混合，制备成硫复合材料。

溶液法则是在溶液中通过化学反应将硫与导电剂结合。

2. 性能研究正极材料的电化学性能主要取决于其结构、组成和导电性等。

通过优化制备工艺，可以提高正极材料的比容量、循环稳定性和倍率性能。

研究表明，采用纳米化、多孔结构和掺杂等方法可以改善硫的利用率和电导率，从而提高正极材料的电化学性能。

三、锂硫电池负极材料制备及性能研究1. 制备方法锂硫电池负极材料主要采用碳基材料，如石墨、碳纳米管等。

制备方法包括物理混合法、化学气相沉积法等。

物理混合法是将碳基材料与粘结剂混合，制备成负极材料。

化学气相沉积法则是在基底上通过化学反应生成碳基材料。

2. 性能研究负极材料的电化学性能主要取决于其比容量、循环稳定性和倍率性能等。

通过优化碳基材料的结构和组成，可以提高其电化学性能。

研究表明，采用纳米结构、多孔结构和表面修饰等方法可以改善负极材料的电导率和锂离子扩散速率，从而提高其电化学性能。

四、电化学性能测试及分析为了评估锂硫电池正负极材料的电化学性能，需要进行一系列的电化学测试。

包括循环性能测试、倍率性能测试、交流阻抗测试等。

通过这些测试，可以了解正负极材料在充放电过程中的结构变化、锂离子的扩散速率和电子传导速率等。

五、结论与展望通过对锂硫电池正负极材料的制备及电化学性能的研究，我们可以得出以下结论：1. 优化正极材料的结构和组成，可以提高硫的利用率和电导率，从而提高正极材料的比容量和循环稳定性。

功能化金属硫属化合物@碳基复合材料在锂硫电池中的研究进展发布时间：2022-05-23T02:28:20.602Z 来源：《科技新时代》2022年4期作者：袁莎莎，谢静文，冯晓春，弭侃[导读] 锂硫电池具有超高的理论能量密度，被认为是一种极具开发潜力的新型二次电池。

然而，锂硫电池的应用受到硫的电绝缘性、多硫化物穿梭效应及其动力学转化缓慢等难题的阻碍。

为了解决这些问题，采用具有固有极化特征的金属硫属化物作为硫载体，被证实是一类提升锂硫电池性能的有效策略。

本文总结了部分金属硫化物、硒化物和碲化物用于锂硫电池的研究报告,为开发高性能锂硫电池提供有益的借鉴。

袁莎莎，谢静文，冯晓春，弭侃（临沂大学，化学化工学院，山东临沂 276000）摘要：锂硫电池具有超高的理论能量密度，被认为是一种极具开发潜力的新型二次电池。

然而，锂硫电池的应用受到硫的电绝缘性、多硫化物穿梭效应及其动力学转化缓慢等难题的阻碍。

为了解决这些问题，采用具有固有极化特征的金属硫属化物作为硫载体，被证实是一类提升锂硫电池性能的有效策略。

本文总结了部分金属硫化物、硒化物和碲化物用于锂硫电池的研究报告,为开发高性能锂硫电池提供有益的借鉴。

关键词：锂硫电池；金属硫属化合物；硫载体1.引言锂硫电池具有高的理论能量密度（2600 Wh kg-1）和比容量（1675 mAh g-1），且作为正极活性物质的硫具有储量丰富、无毒等优点，因此它被认为是新型高比能电池的理想候选之一。

然而现阶段，锂硫电池的实际应用依然受到一些难题的阻碍，如硫及其放电产物多硫化锂的电绝缘性致使电子传输缓慢，且其迟滞的转化动力学致使活性物质利用率低。

其次，多硫化锂易溶于电解液，并在正负极之间来回穿梭，致使容量的持续衰减和低的库伦效率。

针对上述难题，合理构筑不同化学组成和微观形貌的功能化硫载体是目前提升锂硫电池电化学性能的有效手段之一。

大量研究发现，相比于非极性的纯碳材料，具有高极性特征的金属硫属化合物（硫化物、硒化物和碲化物）可化学锚定多硫离子并催化其在反应界面处的动力学转化[1,2]。

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。

高安全高比能固态锂硫电池的研究你知道吗，随着科技的飞速发展，我们的日常生活越来越离不开电池了。

手机、汽车、电动工具……基本上可以说，“没有电，寸步难行”。

不过，说到电池的技术进步，很多人可能还停留在锂电池这个层面上，觉得“锂电池不就是那种能量高、充电快的电池吗？”其实呢，锂电池也有不少“隐疾”。

它虽然高效、便捷，但是安全性差，容易发生热失控，啥意思呢，就是一旦出了问题，可能会爆炸，甚至引发火灾。

让人一想到这个就有点后怕，尤其是用电池的手机和电动汽车，简直是“时时刻刻都悬着一根弦”。

不得不提到一个更让人兴奋的技术——固态锂硫电池。

嗯，固态锂硫电池，听起来有点高大上是不是？但别急，今天咱们就一块儿聊聊它是怎么回事，以及它能给我们带来什么样的“电力奇迹”。

先说说固态锂硫电池的优势吧。

大家可能都知道，锂电池好像有点“火爆”，对吧？这种传统的锂电池是用液态电解质的，这就意味着一旦电池发生破裂或者其他故障，电解质泄漏，风险就大了。

不过，固态锂硫电池可不同，它的电解质是固体的，简直就像是为电池装上了“防护盾”。

它不仅能有效避免液态电解质泄漏的危险，还能极大地提高电池的安全性。

想想看，再也不用担心电池“炸毛”了，是不是挺让人安心的？而且呢，这种电池的能量密度也比传统锂电池高得多。

什么意思呢？就是同样大小的电池，固态锂硫电池可以存储更多的电能，这样手机、电动汽车这些设备就能用得更久，充电频率也可以大大降低。

也许你会说：“那这样不就能省去大部分充电的烦恼了？”没错，固态锂硫电池简直是“充电狂魔”的终结者，让我们摆脱了那些每天都得拿出充电宝、找插座的麻烦。

不过，说到这里，可能有朋友要问了：“既然这么好，为什么现在还没普及呢？”嗯，这里就有一个小小的难题。

固态锂硫电池虽然在理论上有很多优点，但在实际生产过程中，还是存在一些技术上的瓶颈。

硫元素的利用效率问题。

硫虽然是一个理想的电池材料，但它和锂金属的反应不够理想，导致电池的循环稳定性差。