锂硫电池研究现状分析-——个人总结2012-7-12
锂硫电池动力电池产品的优劣势分析
锂硫电池动力电池产品的优劣势分析锂硫电池是一种备受关注的新型电池技术，被广泛应用于动力电池产品中。
本文将对锂硫电池动力电池产品的优劣势进行分析，以帮助读者更好地了解该产品。
一、优势分析1. 高能量密度：锂硫电池具有较高的能量密度，可以存储更多的电能，在同样体积和重量下，相比其他类型的电池，它能提供更长的续航里程和更持久的使用时间。
2. 长寿命：锂硫电池的循环寿命较长，可以经受更多次的充放电循环而不影响性能。
这意味着锂硫电池在长期使用中能够保持较高的性能表现，延长了产品的使用寿命。
3. 低自放电率：锂硫电池的自放电率较低，即使长时间不使用，也不会导致电池能量的丢失。
这使得锂硫电池成为了一种非常适合应用于无线设备等待机状态的电池产品。
4. 环境友好：相比传统的镍镉电池和镍氢电池等，锂硫电池中不含有有害物质，对环境的影响更小。
它被认为是一种比较环保的动力电池产品。
二、劣势分析1. 安全风险：锂硫电池在过充和过放时存在较高的安全风险。
过充会导致电池产生气体，增加爆炸的风险；而过放则会降低电池的寿命。
因此，对于锂硫电池的管理和控制要求更加严格。
2. 循环性能下降：锂硫电池的电池循环性能会受到温度和电流等因素的影响，特别是在高温环境下、高电流快速充放电时，循环性能会明显下降。
这需要在实际应用中做好温度管理和电流控制，以保证其性能。
3. 体积和重量较大：相比其他类型的电池，锂硫电池的体积和重量较大。
这在一些轻便设备和电动工具中可能会造成不便，需要更大的空间和力度来支撑。
4. 价格较高：与传统的动力电池相比，锂硫电池在成本上相对较高。
这主要归因于该技术的研发和生产成本较高，随着技术的进步和成熟，预计价格会逐渐下降。
结论：锂硫电池作为一种新兴的动力电池技术，具有高能量密度、长寿命、低自放电率和环境友好等优势。
然而，它也存在着安全风险、循环性能下降、体积和重量较大以及价格较高等劣势。
在实际应用中，需要根据具体的需求和情况综合考虑这些因素，并通过科学的管理和控制来充分发挥锂硫电池的优势，提高其在动力电池产品中的应用程度。
锂硫电池电池研究的背景及意义
锂硫电池电池研究的背景及意义锂硫电池，这个名字听起来就像是个高科技的东西，对吧？其实它真的是高科技，但又不完全是让人摸不着头脑的那种高科技。
说白了，锂硫电池就是一种新型的电池，理论上比我们现在用的锂离子电池更强大、更环保。
想象一下，如果你能用更轻、更持久的电池充电，不仅能减少充电的次数，还能减少废电池的污染，这岂不是一举两得？但是，这背后有很多技术难题得克服，别急，咱慢慢来聊。
锂硫电池的优势，嘿，真的是有些“惊艳”。
大家知道，电池的关键问题之一就是能量密度，简单来说就是：电池能储存多少能量。
现在的锂离子电池，尽管在市场上很常见，甚至是手机、笔记本电脑里不可或缺的角色，但它的能量密度还是有局限的。
而锂硫电池，哦，想想看，它的能量密度几乎是锂离子电池的三倍！换句话说，锂硫电池能存储更多的能量，能让电动车跑得更远，手机用得更久。
如果这项技术成熟了，那可真是“好事成双”，不仅能够为我们的日常生活带来便利，还能帮助环境减负，少了那堆堆的废旧电池。
嘿，这样一来，不仅电量提升，连我们的“地球大计”也能顺便拯救一番呢。
可是，问题也来了。
虽然锂硫电池有着这样那样的优势，但要把它从实验室搬到市场，哎呀，难度也大得很。
锂硫电池的寿命，哎呀，真是一个大坑。
就像你刚买了辆新车，开得还挺爽，但过了一阵子，车的各个零件开始“罢工”了，电池的性能也是差不多。
硫和锂反应时容易产生一些副反应，导致电池的循环寿命大打折扣，这就让人很头疼了。
试想一下，电池寿命短，用户就得频繁更换，哪怕电池性能再好，也很难让消费者买账。
所以，如何解决锂硫电池的寿命问题，简直是个“命悬一线”的难题，影响着这项技术的普及和发展。
再说了，锂硫电池在充电速度上也不怎么样。
现在的锂离子电池虽然也有些瓶颈，但至少它充电挺快的，插上电源没多久，电池就满了。
可锂硫电池呢？充电慢得像慢炖锅里煮汤一样，你得有点耐心。
如果这种情况一直持续，那谁愿意等着电池充满呢？大家都希望能快速充电，尤其是在忙碌的日常生活中，谁有时间一等就是几个小时呢？锂硫电池的成本也不低。
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
锂硫一次电池的研究现状及展望
锂硫一次电池的研究现状及展望陈雨晴;张洪章;于滢;曲超;李先锋;张华民【摘要】锂硫(Li-S)一次电池是以金属锂和单质硫作为活性物质的化学电源,可以作为一次电池的一个独立分支.锂硫一次电池具有质量比能量和体积比能量高、续航时间长、成本低廉、安全性好等优势,规避了锂硫二次电池在循环寿命和自放电率等方面的劣势,可以作为消费类电子产品电源、备用电源和动力电源等进行使用.本文从实际应用的视角,对Li-S一次电池的研究现状和未来发展前景进行评述,希望能将更多的关注引向这一新的研究领域.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2017(006)003【总页数】5页(P529-533)【关键词】锂硫电池;一次电池;软包装电池;搁置稳定性【作者】陈雨晴;张洪章;于滢;曲超;李先锋;张华民【作者单位】中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;中国科学院大学,北京100049;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;能源材料化学协同创新中心,福建厦门361005;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;中国科学院大学,北京100049;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;能源材料化学协同创新中心,福建厦门361005;中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;能源材料化学协同创新中心,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TM911自从18世纪Volta电池发明以来，人们在电池领域取得了许多重大技术突破，并伴随着电子技术的发展进入便携式电源、交通等应用领域。
电池根据其充放电可逆性，可以划分为二次电池和一次电池。
其中，二次电池如铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等，可以反复充放电十几到几千次依然保持良好的性能；一次电池如锌锰干电池、锂碘电池、锌空电池等，其电化学可逆性差，在初次放电后难以反复进行充放电。
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。
锂硫电池的研究现状与展望
单质硫的理论比容量为 1 675 mAh/ g, 与锂组装成电池, 理论比能量可达 2 600 Wh/ kg, 符合电动汽车( EV) 对电池的 要求, 也符合便携式电子产品对电池/ 轻、薄、小0 的要求。由 于硫具有来源广泛( 成 本低) 、无毒 ( 无污染 ) 等特 点, 锂硫电 池成为人们 研究的重 点[ 1] 。本 文作 者概括 了近 年来 锂硫电 池的研究现状, 并对发展前景进行了展望。
性能 。以聚苯 撑和聚苯胺为骨架的研究正在进行中[ 1] 。 312 碳硫聚合物
主链为线性 碳链, 侧链 含 S ) S 键 的碳硫聚 合物的 硫碳 比较 高, 与锂负极配合, 能组装出较高比容量的锂硫电池。
徐国祥等[ 13] 用单质硫和无水硫 化钠反应 制得三 硫化聚 乙烯( 3SPV C) 和四硫化聚乙烯( 4SP VC) , 并制 成正极 与锂负 极配合 使用。3SPVC 和 4SPV C 分别 具 有 2331 8 mA h/ g 和 30113 mA h/ g 的首次放电比容量 , 经过 10 次循 环后, 放电比 容量为 20015 mAh/ g 和 2171 0 mAh/ g 。余仲宝等[ 14] 将自制 的 S- C 复合材料、乙炔黑、聚环氧乙 烷按质量 比 70B20B10 制 成正极, 在室温下 120 mA 的首次放电容量达 1 700 mAh, 比 能量为 300 Wh/ kg; 100 mA 循环 50 次后, 容 量保 持率 约为 60% 。蔡迎军等[ 14] 将 碳炔 类似 物与 单质 硫共 热, 制备 了多 硫化碳炔, 在 1 mol/ L L iPF6 / EC+ DEC 电解 液中, 电池 的首 次放电比容 量达 799 mAh/ g , 循 环 60 次 后 的比 容量 为 520 mAh/ g , 容量保持率可达 65% 。 313 单质硫
锂硫电池硫电极的研究现状
锂硫电池硫电极的研究现状王圣平;周权;周成冈;吴金平【摘要】综述了锂硫电池硫电极材料研究现状;介绍了正极制备工艺(如粘结剂、导电剂、添加剂、硫颗粒的尺寸等)和电解液对硫电极电化学性能的影响;展望了硫电极材料的电化学性能改进方向.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2010(040)004【总页数】4页(P232-235)【关键词】锂硫电池;硫电极;制备工艺;电极材料;电化学性能【作者】王圣平;周权;周成冈;吴金平【作者单位】中国地质大学可持续能源实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学可持续能源实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学可持续能源实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学可持续能源实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TM912.9锂硫电池为二次锂电池,由单质硫(理论比容量为1 675 mAh/g)、金属锂(理论比容量为3 860 mAh/g)和有机电解液组成,具有比能量高(理论值为 2 600 Wh/kg)、成本低、对环境友好的特点[1],可满足市场对化学电源轻量化、小型化、低成本和无毒的要求[2]。
目前已有锂硫电池产品面世,其中美国Sion Power公司的产品,比能量可达 350 Wh/kg,相当于锂离子电池的1.5倍。
硫电极是决定锂硫电池电化学性能的关键因素之一,单质硫为8个S原子组成的环状S8,即使溶于CS2中也是如此[3]。
硫的反应是多电子、多步骤的,过程较复杂,包含一系列电荷转移反应和均相化学反应[4],存在两个放电平台[5]。
多数人接受的反应机理[6]是:放电时,高电压平台(约为 2.4 V)对应的反应是硫S8c分两步各获得一个电子,被还原成S2-8c,接着S2-8c环断裂成S2-81(c和1分别表示物质的环状和线性结构),并发生一系列化学偶联反应,生成多硫化锂Li2Sn(n=3～8)和S◦3 -、S◦4 -等阴离子自由基；低电压平台(约为2.1 V)对应的反应是S◦3 -和S◦4 -得到电子生成S2n-(n=3～4)并发生化学偶联反应得到S2-和S22-,再与Li+结合生成最终产物Li2S和Li2S2。
锂硫电池的发展与应用前景
锂硫电池的发展与应用前景锂电池在移动物联网、智能家居、移动支付等领域中得到广泛应用。
而锂硫电池具有更高的能量密度、更低的成本、更环保的特点，被视为是锂电池的升级版。
锂硫电池的发展历程锂硫电池是一种由锂金属和硫化物构成的电池。
锂硫电池的历史可以追溯到20世纪70年代，当时科学家们就开始尝试制造锂硫电池。
但是由于锂金属和硫的反应不可避免地会产生副反应，一直无法实现商业化生产。
直到近年来，硫正极材料的改进、电解液的改良等技术问题得到了解决，才逐渐让锂硫电池走向商业化。
锂硫电池的特点1.高能量密度：以目前技术水平，锂硫电池的能量密度可达到400瓦时/千克，是目前商业化的锂离子电池能量密度的两倍以上。
2.低成本：与锂离子电池相比，锂硫电池所需的材料成本更低，工艺也更简单。
这使得锂硫电池在未来可能成为更廉价、更环保的选择。
3.环保：锂硫电池中不包含重金属，没有污染物的排放，是一种环保的能源存储设备。
同时，锂硫电池的废弃物可以回收利用。
锂硫电池的应用前景锂硫电池具有高性价比、高安全性、高能量密度、绿色环保等优点，因此受到了广泛的关注，其应用领域也在不断拓展。
总的来说，锂硫电池的应用前景非常广阔，具体如下：1.电动汽车：锂硫电池具有高能量密度和高安全性，特别适合用于电动汽车，能够提供更长的续航里程和更高的效率。
2.储能领域：随着可再生能源的发展，储能技术变得越来越受到关注。
锂硫电池在储能领域也有着广泛的应用前景。
比如，可以将锂硫电池应用于光伏发电、风能发电等能源存储方案。
3.电子产品：锂硫电池的高能量密度和低成本使它成为下一代电子设备的理想选择。
4.航空航天领域：锂硫电池具有高能量密度、轻量化、环保等特点，非常适合用于航空航天和卫星应用。
总之，锂硫电池作为一种高能量密度、低成本、环保的电池技术，具有广阔的发展前景和应用前景。
尽管锂硫电池在商业化生产和实际应用中仍存在一些问题，但其优点仍然让人们对其寄以厚望。
未来，随着技术的不断进步，锂硫电池必将逐步得到广泛应用。
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。
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负极保护
锂硫电池的SEI膜由于多硫化物反应的复杂性而不稳定，从而影响电极的稳定性，负极保护 有两种方法：
镀膜法：
• • Samsung 公司提出用溅射的方法在锂表面形成一层Li3 PO4预处理层，后通N2在锂表面 形成LiPON 保护层 Polyplus 公司采取了在锂表面覆盖两层保护膜的方案，第一层是与锂相容性好的锂离 子导体层，如LiI、Li3N 等，第二层是与第一层相容性好、能传导锂离子且能防电解 液渗透的玻璃陶瓷层，含有P2O5、SiO2、Al2O3等成分 Sion Power 公司还提出以锂合金代替锂，可以减少枝晶生成，提高稳定性
电位较低 2.2V（vs. Li+/Li）
锂硫电池
2010年7月，Sion Power的锂硫电池则应用于美国无 人驾驶飞机动力源，表现引人注目，无人机白天靠太 阳能电池充电，晚上放电提供动力，创造了连续飞行 14天的纪录
锂硫电池的不足
• • 锂支晶：锂的电化学沉积速率(i0=~8*10-4A/cm2)远大于锂离子的扩散传输 速率(D=~ 4×10-6 cm2·s-1),故锂电极受扩散控制，特征表现为产生锂支晶 不稳定的SEI膜：在锂硫电池中，多硫化物与锂产生SEI膜，由于反应复 杂性，SEI膜不稳定，影响了锂电极的稳定性能。硫化物阴离子不仅可与 溶解硫或短链聚硫离子反应生成易溶性多硫化物，也可发生电化学还原 生成 Li2S 沉淀（2Li + Li2Sx → Li2Sx–1 +Li2S↓），而 Li2S 沉淀又可能与溶 液中聚硫离子生成多硫化物（Li2S + 2 Li2Sx → Li2Sx–1 + Li2Sx+1） 体积变化较大：硫的密度(2.03g/cm3)较Li2S(1.67g/cm3)高出约20%，充 放电过程中产生收缩与膨胀 穿梭效应：正极的中间产物长链聚硫离子溶解扩散至负极，在负极表面 还原生成短链聚硫离子，后者又扩散至正极，在充电时被氧化成长链聚 硫离子，这个过程消耗了充放电电量，限制了锂硫两极的电化学效率。 电位较低 硫是绝缘体
Journal of Electroanalytical Chemistry 573 (2004) 121–128
正极：PAN与S高温共混 负极：Li 性能：第二圈放电520mAh/g，240圈后为480mAh/g
硫聚合物—聚吡咯(PPy)
Journal of Power Sources 196 (2011) 6951–6955 正极：S/tubular Ppy+乙炔黑+PEO 电解液： 1 M LiCF3SO3 /TEGDME 性能：首圈循环容量1153mAh/g ，80圈后650mAh/g
•
现场保护，通过电解液中的添加剂形成稳定SEI膜
•
•
Samsung 公司采用含氟隔膜，可以在锂负极表面生成LiF 保护层
Sion Power 公司用含N—O键化合物如硝酸锂等作为稳定锂负极的添加剂，可以减小穿 梭效应
电解质—固态电解质
Electrochemistry Communications 5 (2003) 701–705
硫碳复合材料——石墨烯
Chem. Commun., 2012, 48, 4106–4108
性能：高倍率性能优异，1.6A/g(0.95C)条件下，200圈后放电容量670mAh/g
RGO-TG-S增强性能示意图 TG: a thermally exfoliated graphene nanosheet RGO: reduced graphene oxides
安全性
• 商用锂离子电池正极LiCoO2的不安全性
成本
• LiCoO2的成本较高
动力电池发展现状
化学体系 负极/正极 理论容量 Ah/kg 370/~295 实际容量 Ah/kg <300/160+ 电位 vs Li+/Li 100mV/3.9V 开路电压 3.9V LiC6/LiCoO2 氧化钴锂 (Sanyo， Samsung等) LiC6/LiNixCoyAlz 镍基材料 （Johnson Control,Salt） 尖晶石结构 LiC6/LiMn2O4 氧化锰锂 （LG Chem）• •源自• •锂硫电池改性研究
改性研究
基于锂 硫的新 体系
替代Li金 属
含硫复 合材料
金属二元 硫化物 有机硫化 合物
硫/纳米金 属氧化物
负极保 护
硫碳复合 材料 镀膜或形 成SEI膜
电解液
固态电解 质或离子 液体
硫碳纳米 管复合材 料
硫介孔碳 复合材料
硫石墨烯 复合材料
其他硫碳 复合材料 等
金属二元硫化物-NiS
1.5V/3.9V
2.4V
<300/160
100mV/3.3V
3.3V
锂硫电池
比容量高，理论比 容量为1685mAh/g
单质硫是绝缘体， 正负极材料体积变化大 循环性不好
硫安全性 好
优势
比能量高，与锂搭 配的电池理论比能 量为2600Wh/kg
硫成本 低、无 毒
锂负极安 全性不够 好
不足
中间产物多硫化锂溶于 电解质，向负极迁移， 造成活性物质损失
370/~300
<300/~180
100mV/3.6V
3.6V
370/148
<300/~120
100mV/3.8V
3.8V
Li4Ti5O12/LiMnO2 233/148 钛酸锂 （Enerdel， Toshiba） 磷酸亚铁锂 LiC6/LiFePO4 （A123） 370/178
~170/120
Journal of Alloys and Compounds 361 (2003) 247–251
正极：NiS（球磨法） 负极：Li 电解液：PEO 温度：80oC 电压：1.5V 理论特性容量：590mAh/g
放电时的正极反应
第一圈 特性容 量为 580mAh /g ,200 圈后特 此保留 93%，
硫/有序纳米碳阵列结构
NATURE MATERIALS VOL 8 JUNE 2009
Chem.Mater., 2009 , 21 (19), pp 4724–
4730
多孔碳/硫复合材料总结
多孔碳材料总结：虽然具有高的放电特性容量，但高倍率充放电下多硫化物还是会进入电解液，而且 合成方法较为复杂，未来的发展是构筑相互交织、稳定的 e/S8/Li+三相网络，使锂离子与反应电子能 够顺畅地在与硫接触反应，则可能实现硫的高效电化学利用
锂硫电池的研究现状分析
锂电池应用
Energy storage
Portable electronic devices
Electrical vehicles(EVs)、 PHEVs、HEVs
锂离子电池不足
容量
• 锂离子电池的能量密度一般为160-170mAh/g,常用负极材 料石墨的理论能量密度为372mAh/g，达不到EVs的需求
碳材料的良好导电性
硫碳复合材料——碳纳米管
Journal of Power Sources 189 (2009) 1141–1146
正极：硫掺杂多壁碳纳米管(S-coated-MWCNTs) 性能：60次循环后仍具有670mAh/g的容量
S-coated-MWCNTs优点： 为锂硫电池电化学反应提供较高力学强度 的反应活性点和较大的电化学反应面积 产生规则三维网络结构，有利于形成有 效导电网络并增加多孔性，阻止多硫化锂扩 散出去，并提高硫的利用率 疏通放电过程中容易堵塞正极孔洞的 Li2S S-coated-MWCNTs不足： 碳纳米管的表面积低于350m2/g，孔隙容 量不足0.5cm3/g，限制了硫元素的有效质量； 碳纳米管长度达数微米，可能引发硫原子 的不连续负载，会进一步阻碍沿碳纳米管轴 向传输的锂离子
增加正极比表面积，提高吸附 性能 扩展锂离子正极通道，起到更 好浸润作用 抑制多硫化物溶解和硫的负极 部分纳米氧化物对S-S键有催化 作用，改善动力学性能
硫碳复合材料——优势
碳高比表面，提供较大反应面积，降低极化，阻碍硫的聚集
碳的高孔容可以容纳硫，保证电极材料中足够的活性物质
碳材料吸附性能抑制多硫化物的溶解
硫聚合物—聚苯胺(PAn)
容量高，0.1C放电倍率下100圈后容 量为837mAh/g 高倍率循环性能好，500圈放电容量 比较稳定
硫/纳米金属氧化物
International Journal of Hydrogen Energy 34(2009) 1556-1559 正极：S/V2O5活性材料：Super P： Mg0.8Cu0.2O：PVDF=50:30:10:10(wt%) 电解液：1 mol L1 LiPF6/ EC:DMC:EMC (1:1:1, by volume) 性能：首次放电容量 545mAh/g,30圈后 422mAh/g(77.5%)
硫聚合物—聚(吡咯-苯胺)共聚物 (PPyA)
Electrochimica Acta 55 (2010) 4632–4636
正极：S/PPyA：乙炔黑：LA123(粘结剂)=70:20:10 (wt%) 电解液：1M LiCF3SO3/(DOL:DME=1:1 volume) 性能：首次放电容量1285mAh/g，40圈后放电容量为860mAh/g
正极：活性物质CuS/S 电解质：Li2S–P2S5 glass–ceramic electrolyte 性能：20圈后放电容量650mAh/g
固体电解质虽然能防止多硫化物 的扩散，但是还是无法提高硫的 利用率，导致寻循环性差
锂硫电池展望
• 机理研究：电极界面传质/ 传荷机制、反 应中间体的性质、速率控制步骤等 • 探索新的硫材料 • 合适的电解液成分和配比
金属硫化物总结：其他金属硫化物的研究有MoS2、MoS3、Li2S、MnS2、V2S2等，一度曾经 商业化，但是由于安全问题和功率密度较低和电活性和利用率较低等问题而受限制