鉅大LARGE | 點擊量：3190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廣泛應用于3C產品，但是由于能量密度，也就是容量續航能力有限，要經常充電，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。當今社會要一種低成本，無污染，性能穩定，比容量大，能量密度高的新型鋰離子電池滿足更長的續航需求和更快的充電速度。
鋰硫電池發展史：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。
早期鋰硫體系作為一次電池被研究，甚至還一度商業化生產，但后來被可充電電池取代擱置。2009年LindaF.Nazar在NatureMaterials上提出有關鋰硫二次可充放電池，并用CMK-3實現了1320mAh/g的高比容量。自此鋰硫電池真正開啟了發展篇章。
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，是傳統商業化以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不是簡單的鋰離子脫嵌，而是伴隨著大量中間產物的氧化還原過程。鋰硫放電電池放電過程中，單質硫從環狀S8開環與Li反應，由長鏈Li2S8向短鏈Li2S轉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-轉化，而低電勢放電則為2.1V—1.7V，此過程為大量S42-轉化為S22-與S2-。另一方面，不同的轉化程度也對應著不同的電容量。
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%
放電反應方程如下：
正極：S8+16Li+e-→8Li2S
負極：Li→Li++e-
總反應：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。與傳統鋰離子電池相似，鋰硫電池由正極，負極，隔膜，電解質和隔膜組成。因此鋰硫電池被認為是目前最有希望替代傳統鋰離子電池，成為新一代的儲能設備的新能源。
硫正極材料是制約鋰硫電池發展和應用的關鍵因素，因此我們重點關注硫正極。目前，鋰硫體系的硫正極也存在幾個問題要解決：穿梭效應，導電性差，體積膨脹。
1、放電過程中多硫化物溶解（Li2Sx，3＜x＜8），出現復雜的歧化反應，發生“穿梭效應”，造成大量自放電，庫倫效率和循環性能降低，出現不可逆容量衰減；
2、單質硫與放電產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）轉化為反螢石結構的Li2S（ρ2=1.66g/cm3），體積膨脹大，破壞電極結構，影響了循環穩定性
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