锂硫电池正极的研究进展
锂硫二次电池正极研究进展
Ｍ ａ ｙ
Ａ ｔ ．Ｃ ｉ ． ｉ． ０ １ ２ （） １０ －１ １ ｃ Ｐ ａ 一 ｈｍ Ｓｎ ２ １， ７ ５， ０ ５ ０ ６
１０ ０５
ｗ ｗｗ ． ｗｈｘ ｐ ｕ．ｄ Ｏｌ ｂ．ｋ ｅ ｕ．ｉ
关 键 词 ： 锂 环 性 能
中 图分 类 号 ： ０６ ６ ４
Ｒｅ ｅ ｏ ｆ ． ｓ ｔ ｏ ｓ ｆ ｇｈ Ｐｅ ｆ ｍ ａ ｃ ｔ ｕ ｖｉ ｗ ｆＳｕｌ ｕｒＢａ ｅｄ Ｃａ ｈ ｄｅ ｏｒＨｉ ｒｏｒ ｎ ｅ Ｌｉ ｈｉ ｍ Ｒｅ ｈ ｇ ａ ｅ Ｂａ ｔ ｒｅ Ｃ ａｒ ｅ ｂｌ ｔｅ ｉ ｓ
Ｋｅ ｏ ｄ ｙ Ｗ ｒ ｓ： Ｌ ｔ ｉ ｍ— ｕｆ ｒ ｅ ｈ ｇ ａｂｅ ｂ ｔ ｒ ； Ｃａ ｈ ｄ ｉ ｕ ｓ ｌ ｃ ａｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｙ ｈ ｕ ｒ ｅ ｔ ｏ ｅ； Ｓｕ ｆ ｒｂ ｅ ｏ ｐ ｓｔ ａ ｅ ｉ ｌ － ａｓ ｄ ｃ ｍ ｏ ｉ ｍ ｔ ｒ ｕ ｅ ａ
［ ｅ ｉｗ Ｒ ｖｅ ］
锂 硫 二 次 电池 正极 研 究 进 展
姚 真 东 魏 巍 王久林’ 杨 军 努 丽 燕 娜
ｆ 上海交通大 学化 学化工学院， 上海 ２ ０ ４ ） ０ ２ ０
摘 要 ： 综 述 了锂 硫 电池 中硫 基 正 极 材 料 的 制 备 方 法 、 构 特 征 以及 电化 学 性 能 ． 述 了 单 质 硫 正 极 材 料 ， 点 结 简 重
ｃ ｔｏｄ ａｅｒ ｓ ｎ ｉ ｉｍ／ ｕｆ ｒ ｂ ｔ ｒ ｓ ａｒ ｅ ｉｗｅ ｉ ｔｉ ｐ ｅｒ ａ ｈ ｅ ｍ ｔ ｉ ｉ Ｉｈｕ ｓ ｌ ａｔ ｉ ｅ ｒ ｖｅ ｄ ｎ ｈｓ ａｐ ．Ｔｈ ｌｍ ｅ ｔ ｕｆ ｒ ｃ ｔ ｏ ｅ ａｌ ｔ ｕ ｅ ｅ ｅ ｅｅ ｎａＩｓ ｌ ａ ｈ ｄ ｕ
锂硫电池正极材料研究现状
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。
锂硫电池正极研究现状及产品化前景
持８ ５ ％。 ｗｕ 等 对硫／ 碳纳米 管复合 正 极进行聚苯胺 （ Ｐ Ａ Ｎｉ ） 包覆 ， 进一步提高 硫／ 碳纳米管复合正极材料的电化学性 能， 得 到的聚 苯胺一 硫／ 多 壁碳 纳米 管 （ Ｐ ＡＮｉ — Ｓ ／ ＭＷＣ Ｎ Ｔ） 复合正极材料首次 放 电比 量高达 １ ３ ３ ４ ． ４ ｍＡ ｈ ／ ｇ ， ８ ０ 次循 环后 ， 放 电比容量仍保持９ ３ ２ ． ４ ｍＡｈ ／ ｇ ， 库 伦 效 率 是未 包 覆 正极 材 料 的 ２ 倍，
达９ ２ ． ４ ％。
等 。 ’ 将单质硫 与膨 胀石墨均匀 混合后
４ ０ ０ ℃加热 ２ ｈ， 制得 含硫 量 ６ ７ ． ２ ％（ 质
量分 数 ） 的硫 ／ 膨 胀 石 墨 复 合 正极 材 料， 电流密度 为 ０ ． ４ ｍＡ／Ｃ ｍ 时， 首 次 放 电比容量达 ９ ７ ２ ｍＡｈ／ ｇ； ２ ０ 次循环 后， 放 电比容量为 ４ ９ ７ ｍＡｈ ／ ｇ 。 （ ８ ）硫 ／石墨烯复合 正极材料 石 墨 烯 是 当 今 备受 关 注 的储 能 材料 之 一 ， 其 比表 面 积 极 高 、 电化 学
重的极化现象 。
（ ３ ）硫 ／ 多孔碳复合正极材料
环 稳定性差 等 问题 已经成为制 约其实 际应用 和产 业 化发 展 的瓶 颈。 如何 提
高 锂硫 电池 的硫利 用率 、 放 电容量 和 循环 稳定性 已经成为锂 硫 电池开 发的 研究 关键 。 本文从 正极材料 、 粘 结剂集 流体 ３ 个方 面对 锂硫 电池 的正 极部 分
制 备 了复合 正极 材料 ， 研 究 了不 同含 硫 量 的 硫／ 多 孔 碳 复 合 正 极 材 料 中 硫 的分 布情 况， 当硫 的质量 分数 小于 ３ ７ ． １ ％时 ， 硫 主要分布在直径 ＜３ ｎｍ的 孔内。 同时研究还表 明 ， 其 首次放 电比
锂硫电池综述
高性能锂硫电池的研究进展摘要：目前传统的锂离子电池在电子产品中发挥着重要作用。
然而受到其较低的理论比容量的限制(约150～200Wh/kg)，锂离子电池将难以满足人类发展的长远需求，例如电动汽车行业的发展。
锂硫电池的理论能量密度为2600Wh/kg，是锂离子二次电池的3～5倍，是极具应用前景的电化学储能体系，近年来引起了研究人员的广泛关注。
人们提高电极导电性、维持电极结构稳定性、提高硫的负载率和利用率以及加强电池循环寿命等方面开展了大量的研究工作。
本文将就近几年锂硫电池的发展进行相关介绍和讨论。
关键词：锂硫电池正极材料纳米结构材料改性电解质电池结构Research progress in High-Performance Lithium-SulphurBatteriesRen Guodong(School of Metallurgy and Environment, Central South University，0507110402)Abstract：Lithium-ion batteries has played an important role in the electronics at present.But due to its low theoretical energy density ,which is only 150～200Wh/kg,therefore the lithium-ion batteries cannot meet the long-term needs of society in the future,just in the case of the development of electric vehicles.Lithium-sulphur battery is a promising electrochemical energy storage system which has high theoretical energy density of 2600Wh/kg,that is 3~5 times to lithium-ion battery.And it has arised more and more attentions recently.Great efforts have been made by reseachers to improve the conductivity of the electrode , the stability of electrode structure,the loading capicity of sulphur ,the utilization efficiency of sulfur in the cathode and the enhancement of cycle life of the battery．In this paper,the recent research of lithium-sulphur battery will be analyzed and discussed.Keywords：lithium-sulphur battery cathode material nano-structure modification electrolyte cell configuration1.前言电能储存技术和设备将会在未来社会发展中成为一项十分重要的需求。
锂硫电池研究进展(课堂PPT)课件
课题背景及意义
锂硫电池：成本低、环境友好、材料来源充足、 理论比容量(1675 mAh g- 1 )和比能量(2500 Wh kg- 1)大
4
课题背景及意义
Li/S电池主要结构
5
存在问题： 1 、S的绝缘性。 2、多硫化物溶解造成活 性物质流失和Li负极的活 性降低，从而导致循环寿 命降低。 3 、S在放电过程中体积发 生膨胀，使结构稳定性发 生破坏。
11
国内外研究现状
4 采用全固态结构电池
国内外研究现状
5 采用电化学控制的测试手段
国内外研究现状
6 改进电池其他结构
国内外研究现状
通过对这些文献的分析发现一个普遍的问题，就是 大多研究只追求了高的放电比容量和长的循环寿命， 而忽视了电池材料硫含量和极片硫载量 (“双低”问题 )。
15
Thank You !
主要内容
1
课题背景及意义
2
国内外研究现状
3
目的内容及方
案
4 方案依据及已经取得的进展
1
课题背景及意义
在强大的社会发展需求推动下,锂二次电池技术不断向高能量
密度、高功率密度、和长循环寿命等几个方向发展
输出电压高
能量密度高
使用寿命长
锂离子 电池
自放电率低
环境友好
易携带
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
课题背景及意义
目前己商品化的锂离子电池的能量密度已达150-200 Wh/kg。但受到LiCoO2,LiMn204和LiFeP04等传统正 极材料和碳负极材料自身理论容量的限制,很难进一 步提升其能量密度。
9
国内外研究现状
v3纳米线导电网络
也有以带孔的碳纳米线为载体合成的正 极活性材料。具体方法是将溴化十六烷 基三甲铵加入HCl之后，再加入 (NH4)2S2O8 ，搅拌，降温到0-5度。形 成吡咯单体纳米线 10 干燥后600度热处
锂离子电池正极材料的研究进展
锂离子电池正极材料的研究进展锂离子电池正极材料的研究进展随着清洁能源的发展，锂离子电池作为一种高能量、高功率密度的电池，已被广泛应用于移动物体、电动汽车、储能系统等方面，锂离子电池中的正极材料是实现高性能锂离子电池的关键。
本文将从锂离子电池正极材料的发展历程、材料的结构与性能、新型材料的研究和应用等方面展开详细的介绍和分析。
一、锂离子电池正极材料的发展历程20世纪80年代中后期，最早的锂离子电池是由四种材料构成的：平板石墨负极、聚乙烯隔膜、液态电解质和金属氧化物正极。
但是，由于金属氧化物正极的电化学性能不佳，限制了锂离子电池的应用，于是人们开始研究新型的锂离子电池正极材料。
1990年，日产汽车公布了采用碳酸锂电解液和三元材料（LiCoO2）的锂离子电池作为电动汽车动力源的计划。
1997年，索尼公司发布了使用锰酸锂（LiMn2O4）作为正极材料的锂离子电池，在实验室内能够实现高达1000次充放电循环，在国际市场上得到了广泛的推广。
之后，锂离子电池正极材料的研究进入了全新的阶段，市场上出现了一大批新型材料，如LiFePO4、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2等，已成为锂离子电池领域中的热门研究方向。
二、锂离子电池正极材料的结构与性能锂离子电池正极材料的结构一般是层状结构、尖晶石结构、钠层化合物结构、硅基嵌入化合物结构、钙钛矿结构和氧化物渗透缺陷结构，其物理化学性质也有所不同。
LiCoO2是最早应用于锂离子电池的材料之一，其具有较高的理论容量和电化学效率，但是由于其参数退化、安全性差以及高的成本等问题，不断推进了对新型的锂离子电池正极材料的研究。
LiFePO4是一种锂离子电池正极材料，它具有高的理论容量、低的电化学电位和充电的极高可逆性，但是其电导率较低，电量功率较低，在高功率环境下却发生了否决性的出现。
LiMn2O4是一种高性能的锂离子电池正极材料，其较高的电化学反应速度能够有效提高锂离子电池的安全性，但是容易发生相关的氧化还原反应，导致容量的降低。
锂离子电池正极材料研究进展
锂离子电池正极材料研究进展锂离子电池是目前广泛应用于移动电子设备和电动车辆等领域的重要能量存储设备，其正极材料的性能对电池的性能和循环寿命有着至关重要的影响。
近年来，针对锂离子电池正极材料的研究逐渐受到了广泛关注。
在这篇文章中，将介绍一些最新的研究进展。
首先，锂离子电池正极材料的研究主要集中在提高材料的能量密度和循环寿命。
目前市面上常见的锂离子电池正极材料是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和锂铁磷酸锂（LiFePO4）。
然而，这些材料在使用过程中存在着一些问题，比如钴酸锂存在着资源稀缺和价格昂贵的问题，锰酸锂的电化学性能相对较差，锂铁磷酸锂的能量密度较低等。
因此，研究人员开始寻找替代材料。
一种备受关注的材料是含有镍的过渡金属氧化物，比如锂镍钴锰氧化物（Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2）。
这种材料具有较高的能量密度和较长的循环寿命。
另外，研究人员还探索了硅和硫等材料作为锂离子电池正极材料的替代品。
其次，锂离子电池正极材料的微观结构调控也成为一个研究热点。
通过控制正极材料的粒径、纳米结构和晶体结构等参数，可以调节材料的电化学性能。
比如，一些研究表明，通过控制锂离子电池正极材料的晶体结构，可以实现更高的能量密度和更好的循环稳定性。
此外，锂离子电池正极材料的表面改性也引起了广泛关注。
通过在正极材料的表面形成一层保护膜，可以提高材料的循环稳定性和抗固相界面反应能力。
一些研究表明，通过硅、氟等元素的表面覆盖，可以显著改善正极材料的循环性能和容量保持率。
总体来说，锂离子电池正极材料的研究进展主要包括寻找新的材料、微观结构调控和表面改性。
通过这些研究，可以不断提高锂离子电池的能量密度和循环寿命，进一步推动锂离子电池在移动电子设备和电动车辆等领域的广泛应用。
随着移动电子设备和电动车辆市场的不断扩大，对锂离子电池正极材料的需求也越来越迫切。
因此，研究人员在锂离子电池正极材料的改进和创新上投入了大量的精力。
全固态锂硫电池综述
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
锂硫电池正极的研究
报告内容
研究背景
高比能量电池的需求 锂硫电池基本原理 锂硫电池的优点及存在的问题
锂硫电池正极的研究进展
硫/碳材料复合电极 硫/导电聚合物复合电极
新结构体系中的正极材料
锂硫电池及其正极的展望
高能电池的需求
CO2排放 零排放
EV
2.2Li2S / C 2.2S C 4.4Li 4.4e
4.4Li Sn / C 4.4e Li4.4Sn C
Hassoun et al, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2371 –2374
附表 Capacity of Li-ion battery
锂硫电池复合正极材料
硫碳复合材料
硫-碳纳米管复合正极材料 硫-介孔碳复合正极材料
高孔率碳材料 分级介孔碳材料
硫-导电聚合物复合正极材料
S/导电聚合物材料 含S-C化学键的导电材料
新结构体系的正极材料
S/MWCNT复合正极材料
MWCNT采用浓HNO3处理 S
Nano S 增加表面官能团，提高硫与 MWCNT的接触 采用溶剂交换法制备纳米硫 和MWCNT担载纳米硫 纳米硫的粒径50-100 nm MWCNT S/MWCNT S/MWCNT中硫的粒径40
-
Li+ S Li2Sx
Charge
i
ii
Discharge
iii
Li anode
S cathode
Anode:
Disch / Ch 16Li 16Li 16e
Step i: Step ii:
S8 4Li 4e 2Li2S4
4Li2S2 8Li 8e 8Li2S
Ultilization of S: 1st cycle: 50% (710 mAh/g) 50th cycle :16% (230 mAh/g) S loss was seen clearly
1st cycle
50th cycle
J. Electrochem. Soc., 151 (12) A2067-A2073 (2004)
高孔率碳-硫复合正极材料
第二循环后， 出现了较稳定的
不可逆容量
2.25V
充放电循环 第一循环与后 面的循环不一样
1.72V 1.6V HPC+57 wt %S
不同循环的充放电容量
增大放电电流 1031mAh g-1 1155mAh g-1 对容量影响不 大，复合材料 正极具有较好 的大电流放电 性能
硫元素被包覆在高孔率碳的微孔内，大比表面
积提供了足够的吸附位，限制了多硫离子的溶解 和流失，循环性能优异
分级介孔碳-硫复合正极材料
软模板法制备介孔碳
中孔孔径：7.3 nm 微孔孔径：< 2 nm 通过KOH活化， 在中孔骨架结构
KOH活化得到分级介孔碳 +S S/C复合材料
保持完整的情况 下引入微孔，得 到一种双峰孔分
布的分级孔结构
大量的微孔使S可以很好的吸附在碳载体上，提高其循环性能，优良的介孔骨架 结构为离子和电子传导提供很好的通道，有利于提高倍率放电性能和功率密度 Chengdu Liang et al, Chem. Mater. 21 (2009) 4724-4730
分级介孔碳-硫复合正极材料
S-C01到S-C07，硫的担量分别为11.7, 18.7,
原位聚合得到的S-PTh复合材料具有较优异的初始放电性能和循环性能，明显由于S与炭黑的直
接复合。这主要归因于聚噻吩的包覆作用增大了S与导电剂的接触，同时降低了多硫离子的溶解
含S-C化学键的导电复合材料
以PAN和S在不同温度下热处理得到含硫碳化 合键的正极活性材料，不同的热处理温度影响 着含硫基团的稳定性和材料的充放电性能
24.8, 30.7, 37.1, 45.8, 51.5 wt %
WVA-1500为活化的高比表面积微孔碳
硫担量为11.7 wt. %时，放电电流可以高达
2.5 A g-1，非常有利于提高电池的功率密度
硫担量为18.7时，复合材料的结构和元素分布图 硫担量小于37.1 wt. %时，绝大部分的S吸附 在微孔中，介孔的孔容变化不大
520 mAh/g
470 mAh/g
S以C-S-S-C化学键嵌入到合成的导电材料中，防 止了其溶解流失，杜绝了多硫离子的穿梭问题
循环性能
形貌
充放电 曲线
S/CuS正极材料
以80Li2S· 2S5玻璃陶瓷作为固 20P
体电解质，以S/CuS作为正极，Li-In 合金作为负极组装全固体锂硫电池
正极以S/Cu比为3的混合物通过机
硫-聚噻吩复合正极材料
炭黑-硫直接复合材料初始放电容量为1019 mAh g-1,
50次循环后放电容量为395.6 mAh g-1.
820 mAh g-1 1168 mAh g-1
1019 mAh g-1
S+CB 395.6 mAh g-1 S-PTh复合材料的初始放电容量为1168 mAh g-1, 50次循环后放电容量仍为820 mAh g-1。
高度有序化介孔碳-硫复合材料
硫均匀分散在有孔碳棒的有序间
纳米纤维
隙之间，改善了硫与碳的接触 S/C比可以高达7:3
S/CMK-3 示意图
机械混合 后热处理
Silaceous SBA-15（硬模板） 组装
S/CMK-3
CMK-3介孔碳
155℃ +S
S/CMK-3
Xiulei Ji etal. Nature Materials 8 (2009) 500-506
分级介孔碳-硫复合正极材料
KOH处理后，比较面积由368.5 m2 g-1（孔容0.56 cm3 g-1）提高到1566.1 m2 g-1
（孔容0.503 cm3 g-1 ），其中微孔表面积为962.4 m2 g-1 ，孔结构中出现了2-4 nm的中孔，原来的较大的中孔（7.3nm）略有增大
硫担量小于37.1 wt. %时，绝大部分的S吸附在微孔中，介孔的孔容变化不大
CMK-3/S
高度有序化介孔碳硫复合材料
CMK3+S 1st
CMK3+S 15th
PEG-CMK3+S 1st PEG-CMK3+S 15th
PEG聚合物改性后，正极材料形貌在 循环后未见明显变化，形貌保持比较 好，限制了S的溶解流失
硫-聚吡咯复合正极材料
S-PPy cathode 初始：1222 mAh/g； 20循环后：570 mAh/g Pure S cathode 初始：1010 mAh/g； 20循环后：429 mAh/g
nm左右
对MWCNT进行表面处理改善S 与MWCNT的接触，进而提高 各种材料的SEM图 复合材料中活性物质的利用率 和提高导电性。
Chen et al, Electrochimica Acta 55 (2010) 8062–8066
S/MWCNT复合正极材料
Nano S + AC
1150mAh g-1 1270mAh g-1 900 mAh g-1
无明显变化
HPC
24.4 m2/g
TEM of HPC
1473.2 m2/g
HPC+75 wt% S
多孔碳出现碎片
Lai et al, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 4712–4716
高孔率碳-硫复合正极材料
复合材料具有很好的循环性能，静置3天后容 量反而略有上升，自放电比较小。
污染物排 放
续航能力有限
现有的锂离子电池受正极材料的限制，电池的 能量密度很难有大的突破，而锂硫电池以S为 正极，理论能量密度可达2600 Wh/kg。 另外，电子产品的飞速发展，对高能电池的需求也 日益增长，开发高比能量电池具有很好的应用前景 电池 容量
进一步 提高
能量 密度
锂硫电池的基本原理
e e +
高度有序化介孔碳-硫复合材料
CMK-3/S PEG-CMK3/S
电流效率高达99%
PEG的改性改善了S与碳的接触，提高了离子的传 导能力，同时聚合物更好的限制了S的流失
碳的骨架结构提供良 好的电子传输通道， 骨架间的空隙提高了 良好的离子传输通道 介孔结构很好地阻止 了S的溶解流失
PEG-CMK3/S
械球磨得到S/CuS复合正极
20 cycles后，不可逆循环容量消失 1st cycle，出现了不可逆容量 S和CuS均为正极的活性物质 Hayashi et al，Electrochemistry Communications 5 (2003) 701–705
锂硫电池及其正极的前景展望
挑 战
正极活性物质在充放电和多次循环中的形貌变化 如何通过其他途径提高电池的循环寿命和安全性
前 景 展 望
复 设计更有利于离子和电子传导的高吸附C/S复合材料 合改 材进 料 开发具有化学键的低过电位S复合材料
新 型 结 构 体 系 S
全液态电池（以离子交换膜作为隔膜）
离子的放电状态电池）
锂硫电池挑战和前景
以Sn/C负极替代锂金属负极，消除了金属锂的
枝晶问题，提高了电池的安全性
采用凝胶电解质，有利于控制Sx2-的溶解，降
低Sx2-的穿梭
25℃时，以Li2S/C计算的容量为600 mAh g-1,
以Li2S计算，容量高达1200mAhg-1.
2.2Li2S / C 2.2S C 4.4Li 4.4e
Sn/C作为负极，Li2S/C作为正极，采用凝胶电解质 正极反应 负极反应