2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——高分子材料在鋰硫電池中的應(yīng)用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種物質(zhì)是鋰硫電池正極活性材料？A.鋰金屬B.硫磺C.二氧化錳D.鈷酸鋰2.鋰硫電池相比鋰離子電池的主要優(yōu)勢是？A.能量密度更高B.成本更低C.循環(huán)壽命更長D.充電速度更快3.在鋰硫電池中，高分子材料通常不作為以下哪種功能使用？A.粘結(jié)劑B.電解質(zhì)C.隔膜D.導(dǎo)電劑4.下列哪種高分子材料常被用作鋰硫電池的粘結(jié)劑？A.聚乙烯B.聚丙烯C.聚偏氟乙烯D.聚氯乙烯5.穿梭效應(yīng)是指？A.鋰離子在正負(fù)極之間穿梭B.硫分子在電解質(zhì)中穿梭C.高分子材料降解D.鋰金屬枝晶生長6.下列哪種方法可以有效抑制鋰硫電池的穿梭效應(yīng)？A.使用高能量密度的電解質(zhì)B.使用固體電解質(zhì)C.使用較小的電極孔隙率D.使用廉價的粘結(jié)劑7.鋰硫電池的循環(huán)壽命通常比鋰離子電池短，主要原因之一是？A.鋰金屬的體積膨脹B.硫磺的溶解和沉積C.高分子材料的降解D.電解液的分解8.下列哪種技術(shù)可以有效解決鋰硫電池的體積膨脹問題？A.使用柔性集流體B.使用多孔導(dǎo)電材料C.使用固態(tài)電解質(zhì)D.以上都是9.高分子材料在鋰硫電池中提高倍率性能的主要機制是？A.增加電極的電子導(dǎo)電性B.增加電極的離子導(dǎo)電性C.提高電極的利用率D.降低電極的阻抗10.鋰硫電池的安全性問題主要來自？A.鋰金屬的自燃B.高分子材料的燃燒C.電解液的分解D.以上都是二、填空題（每空1分，共20分）1.鋰硫電池的負(fù)極材料通常是________。2.鋰硫電池的充放電過程涉及硫單質(zhì)、多硫化物和________三種形態(tài)。3.聚偏氟乙烯（PVDF）是一種常用的________材料。4.高分子粘結(jié)劑需要具備良好的________、________和________。5.硫穿梭效應(yīng)會導(dǎo)致鋰硫電池的________下降和________下降。6.多孔碳材料可以作為鋰硫電池的________，提高電極的吸附能力和導(dǎo)電性。7.固態(tài)電解質(zhì)可以抑制________效應(yīng)和________效應(yīng)。8.高分子材料在鋰硫電池中的作用機理包括________、________和________。9.鋰硫電池的能量密度可以達到鋰離子電池的2-3倍，主要歸功于________的高理論容量。10.目前鋰硫電池面臨的主要挑戰(zhàn)包括________、________和________。三、簡答題（每題5分，共30分）1.簡述鋰硫電池的充放電過程。2.解釋高分子材料作為鋰硫電池粘結(jié)劑的作用機理。3.闡述鋰硫電池中穿梭效應(yīng)的產(chǎn)生原因及其危害。4.說明多孔碳材料在鋰硫電池中的應(yīng)用及其優(yōu)勢。5.分析固態(tài)電解質(zhì)在鋰硫電池中的應(yīng)用前景。6.探討高分子材料在提高鋰硫電池倍率性能方面的作用。四、論述題（10分）結(jié)合高分子材料的特性，探討如何設(shè)計新型高分子材料或復(fù)合材料來解決鋰硫電池面臨的主要挑戰(zhàn)，并分析其應(yīng)用前景。試卷答案一、選擇題1.B2.A3.B4.C5.B6.B7.B8.D9.A10.D二、填空題1.鋰金屬2.鋰硫化物3.粘結(jié)劑4.粘結(jié)性、導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性5.循環(huán)壽命、庫侖效率6.導(dǎo)電劑/吸附劑7.穿梭、鋰金屬枝晶8.提高電子導(dǎo)電性、提高離子導(dǎo)電性、吸附和固定多硫化物9.硫磺10.體積膨脹、穿梭效應(yīng)、鋰金屬枝晶生長三、簡答題1.簡述鋰硫電池的充放電過程。答案：鋰硫電池的充放電過程涉及硫單質(zhì)、多硫化物和鋰硫化物之間的轉(zhuǎn)化。放電過程：鋰離子從正極脫出，嵌入到負(fù)極鋰金屬中，同時硫與鋰離子發(fā)生反應(yīng)生成多硫化鋰。充電過程：鋰離子從負(fù)極脫出，嵌入到正極，多硫化鋰分解為硫單質(zhì)和鋰離子。解析：此題考察對鋰硫電池基本工作原理的掌握。需要理解鋰硫電池的充放電過程涉及的主要物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系。2.解釋高分子材料作為鋰硫電池粘結(jié)劑的作用機理。答案：高分子粘結(jié)劑將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑等粘結(jié)在一起，形成穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)。它需要具備良好的粘結(jié)性，將活性物質(zhì)顆粒粘結(jié)在一起，防止其在充放電過程中脫落；良好的導(dǎo)電性，為活性物質(zhì)提供電子傳輸通路；良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在電化學(xué)環(huán)境下保持穩(wěn)定，不降解。解析：此題考察對高分子材料作為粘結(jié)劑作用的理解。需要從粘結(jié)、導(dǎo)電、穩(wěn)定三個方面解釋其作用機理。3.闡述鋰硫電池中穿梭效應(yīng)的產(chǎn)生原因及其危害。答案：穿梭效應(yīng)是指硫正極材料溶解在電解液中，隨后在負(fù)極表面沉積，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失和電極結(jié)構(gòu)破壞。產(chǎn)生原因：電解液與硫正極材料發(fā)生反應(yīng)，溶解形成多硫化物。危害：導(dǎo)致活性物質(zhì)損失，降低電池容量和庫侖效率；產(chǎn)生副產(chǎn)物，污染電解液；破壞電極結(jié)構(gòu)，縮短電池循環(huán)壽命。解析：此題考察對穿梭效應(yīng)的理解。需要說明其產(chǎn)生的原因和對電池性能的危害。4.說明多孔碳材料在鋰硫電池中的應(yīng)用及其優(yōu)勢。答案：多孔碳材料可以作為鋰硫電池的導(dǎo)電劑和吸附劑。優(yōu)勢：高比表面積，可以吸附大量的硫，提高硫的利用率；良好的導(dǎo)電性，促進電子傳輸；多孔結(jié)構(gòu)，減輕電極體積膨脹。解析：此題考察對多孔碳材料應(yīng)用的理解。需要說明其作為導(dǎo)電劑和吸附劑的作用，以及其優(yōu)勢。5.分析固態(tài)電解質(zhì)在鋰硫電池中的應(yīng)用前景。答案：固態(tài)電解質(zhì)可以抑制穿梭效應(yīng)和鋰金屬枝晶生長，提高電池的安全性和循環(huán)壽命。應(yīng)用前景：隨著固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)的不斷發(fā)展，有望解決鋰硫電池目前面臨的主要挑戰(zhàn)，推動鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用。解析：此題考察對固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用前景的理解。需要說明其作用機理和未來發(fā)展趨勢。6.探討高分子材料在提高鋰硫電池倍率性能方面的作用。答案：高分子材料可以通過提高電極的電子導(dǎo)電性來提高鋰硫電池的倍率性能。例如，選擇導(dǎo)電性更好的高分子材料，或?qū)⑵渑c導(dǎo)電劑復(fù)合，可以縮短電子在電極內(nèi)的傳輸時間，提高電池的倍率性能。解析：此題考察對高分子材料提高倍率性能作用的理解。需要說明其作用機制。四、論述題結(jié)合高分子材料的特性，探討如何設(shè)計新型高分子材料或復(fù)合材料來解決鋰硫電池面臨的主要挑戰(zhàn)，并分析其應(yīng)用前景。答案：設(shè)計新型高分子材料或復(fù)合材料可以從以下幾個方面解決鋰硫電池面臨的挑戰(zhàn)：1.提高粘結(jié)劑的導(dǎo)電性和粘結(jié)性：可以開發(fā)新型導(dǎo)電聚合物，或?qū)⑵渑c導(dǎo)電劑復(fù)合，提高電極的電子導(dǎo)電性和機械穩(wěn)定性，抑制體積膨脹，提高循環(huán)壽命。2.開發(fā)固態(tài)粘結(jié)劑：可以開發(fā)固態(tài)聚合物電解質(zhì)，或?qū)⑵渑c活性物質(zhì)復(fù)合，形成全固態(tài)電池，從根本上解決穿梭效應(yīng)和鋰金屬枝晶生長問題，提高電池的安全性和循環(huán)壽命。3.設(shè)計具有特定功能的復(fù)合材料：可以設(shè)計具有吸附多硫化物功能的高分子材料，或?qū)⑵渑c多孔碳材料復(fù)合，將多硫化物固定在電極