鋰硫電池的研究什么是鋰硫電池01鋰硫電池是鋰電池的一種，截止目前尚處于科研階段。鋰硫電池是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負極的一種鋰電池。單質(zhì)硫在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環(huán)境友好等特點。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，分別達到1675mAh/g和2600Wh/kg，遠遠高于商業(yè)上廣泛應用的鈷酸鋰電池的容（<150mAh/g）。工作原理02典型的鋰硫電池一般采用單質(zhì)硫作為正極，金屬鋰片作為負極，它的反應機理不同于鋰離子電池的離子脫嵌機理，而是電化學機理。鋰硫電池以硫為正極反應物質(zhì)，以鋰為負極。放電時負極反應為鋰失去電子變?yōu)殇囯x子，正極反應為硫與鋰離子及電子反應生成硫化物，正極和負極反應的電勢差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。在外加電壓作用下，鋰硫電池的正極和負極反應逆向進行，即為充電過程。根據(jù)單位質(zhì)量的單質(zhì)硫完全變?yōu)镾2-所能提供的電量可得出硫的理論放電質(zhì)量比容量為1675mAh/g，同理可得出單質(zhì)鋰的理論放電質(zhì)量比容量為3860mAh/g。鋰硫電池的理論放電電壓為2.287V，當硫與鋰完全反應生成硫化鋰（Li2S）時。相應鋰硫電池的理論放電質(zhì)量比能量為2600Wh/kg。面臨的困難03然而，如今的鋰硫電池距離工業(yè)化、商業(yè)化仍需克服以下幾個困難。01單質(zhì)硫的電子導電性和離子導電性差，硫材料在室溫下的電導率極低(5.0×10-30S·cm-1)，反應的最終產(chǎn)物Li2S2和Li2S也是電子絕緣體，不利于電池的高倍率性能。02鋰硫電池的中間放電產(chǎn)物會溶解到有機電解液中,增加電解液的黏度，降低離子導電性。多硫離子能在正負極之間遷移，導致活性物質(zhì)損失和電能的浪費。（Shuttle效應）。溶解的多硫化物會跨越隔膜擴散到負極,與負極反應,破壞了負極的固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)。03鋰硫電池的最終放電產(chǎn)物Li2Sn(n=1~2)電子絕緣且不溶于電解液,沉積在導電骨架的表面;部分硫化鋰脫離導電骨架,無法通過可逆的充電過程反應變成硫或者是高階的多硫化物,造成了容量的極大衰減。04硫和硫化鋰的密度分別為2.07和1.66g·cm-3,在充放電過程中有高達79%的體積膨脹/收縮,這種膨脹會導致正極形貌和結構的改變,導致硫與導電骨架的脫離,從而造成容量的衰減;這種體積效應在紐扣電池下不顯著,但在大型電池中體積效應會放大,會產(chǎn)生顯著的容量衰減，有可能導致電池的損壞，巨大的體積變化會破壞電極結構05鋰硫電池使用金屬鋰作為負極,除了金屬鋰自身的高活性,金屬鋰負極在充放電過程會發(fā)生體積變化,并容易形成枝晶，刺穿隔膜，造成電路短路等問題。解決措施04經(jīng)過幾年的努力，研究人員一直在不斷改進鋰硫電池的性能，以克服其一些挑戰(zhàn)，以下是關于鋰硫電池目前研究進展的一些方面：1電解液的改進：鋰硫電池通常使用有機電解液，但這些電解液容易分解，限制了電池的壽命。研究人員正在開發(fā)具有更高穩(wěn)定性的電解液，以延長電池的壽命和提高安全性。2鋰極的改進：改進鋰極的設計可以提高電池的循環(huán)壽命和能量效率。使用導電性更好的材料和設計多孔極結構有助于增加硫化鋰的吸附和擴散。3硫正極的設計：改進硫正極的設計是提高鋰硫電池性能的關鍵。研究人員正在研究不同種類的硫正極材料，包括硫/碳復合材料和硫化物材料，以提高能量密度和減小容量退化。4多功能隔膜：使用高效的隔膜材料可以提高鋰硫電池的安全性和穩(wěn)定性。一些研究致力于設計具有鋰離子導電性和離子選擇性的隔膜。5新型電池架構：研究人員正在開發(fā)新的電池架構，如固態(tài)鋰硫電池和柔性鋰硫電池。這些新型架構可以提供更高的能量密度和更靈活的應用。6智能電池管理系統(tǒng)（BMS）：電池管理系統(tǒng)對于優(yōu)化鋰硫電池的性能至關重要。研究人員正在開發(fā)智能BMS，以更