鋰硫電池優(yōu)缺點有哪些？鋰硫電池的工作原理介紹

導(dǎo)讀：本文主要介紹鋰硫電池的工作原理以及鋰硫電池的優(yōu)缺點。

鋰硫電池是鋰電池的一種，截止2013年尚處于科研階段。鋰硫電池是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負(fù)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 1675m Ah/g 和 2600Wh/kg ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)上廣泛應(yīng)用的鈷酸鋰電池的容量（<150mAh/g）。并且硫是一種對環(huán)境友好的元素，對環(huán)境基本沒有污染，是一種非常有前景的鋰電池。那么鋰硫電池的優(yōu)缺點有哪些？鋰硫電池的工作原理是怎么樣的？

鋰硫電池優(yōu)缺點有哪些？

鋰硫電池除了能量密度非常高外，還具有一些其他的優(yōu)點，一方面，其生產(chǎn)成本比較低。由于鋰硫電池主要采用硫和鋰作為生產(chǎn)原材料，生產(chǎn)成本相對較低；另一方面，鋰硫電池在使用后低毒，并且回收利用的能耗較小。

鋰硫電池主要存在三個主要問題：

1、鋰多硫化合物溶于電解液；

2、硫作為不導(dǎo)電的物質(zhì)，導(dǎo)電性非常差，不利于電池的高倍率性能；

3、硫在充放電過程中，體積的擴大縮小非常大，有可能導(dǎo)致電池?fù)p壞。鋰硫電池最大的缺點在于其循環(huán)利用次數(shù)比較低。因為硫化聚合物具有穩(wěn)定性比較差的特性，所以當(dāng)前鋰硫電池的循環(huán)利用次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的磷酸鐵鋰電池，這就極大的增加了鋰硫電池的使用成本。

鋰硫電池的工作原理介紹

鋰硫電池正極為硫或含硫材料，負(fù)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(tǒng)商業(yè)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(zhì)不是簡單的鋰離子脫嵌，而是伴隨著大量中間產(chǎn)物的氧化還原過程。

鋰硫放電電池放電過程中，單質(zhì)硫從環(huán)狀S8開環(huán)與Li反應(yīng)，由長鏈Li2S8向短鏈Li2S轉(zhuǎn)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(rèn)為大量S8向S42-轉(zhuǎn)化，而低電勢放電則為2.1V—1.7V，此過程為大量S42-轉(zhuǎn)化為S22-與S2-。另一方面，不同的轉(zhuǎn)化程度也對應(yīng)著不同的電容量。放電反應(yīng)方程如下：

正極：S8+16Li+e-→8Li2S

負(fù)極：Li→Li++e-

總反應(yīng)：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(tǒng)鋰離子電池相似，鋰硫電池由正極，負(fù)極，隔膜，電解質(zhì)和隔膜組成。因此鋰硫電池被認(rèn)為是目前最有希望替代傳統(tǒng)鋰離子電池，成為新一代的儲能設(shè)備的新能源。

拓展：鋰硫電池的進展

近幾十年來，為了提高活性物質(zhì)硫的利用率，限制多硫化鋰的溶解以及電池循環(huán)性能差的問題，研究者在電解質(zhì)及復(fù)合正極材料改性等方面進行了大量探索研究。對于電解質(zhì)的改性，主要是采用固體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)或在電解液中添加LiNO3離子液體等措施，以限制電極反應(yīng)過程中產(chǎn)生的多硫化鋰溶解和減小“飛梭效應(yīng)”，提高了活性物質(zhì)硫的利用率，從而達到改善鋰硫電池的循環(huán)性能的目的。

對于硫基復(fù)合正極材料的改性，主要是將具有良好導(dǎo)電性能及特定結(jié)構(gòu)的基質(zhì)材料與單質(zhì)硫復(fù)合制備高性能的硫基復(fù)合正極材料。其中，引入的基質(zhì)材料應(yīng)具有以下功能：

1、良好的導(dǎo)電性；

2、活性物質(zhì)硫可以在基質(zhì)材料上均勻分散，以確?；钚晕镔|(zhì)的高利用率；

3、要對硫及多硫化物的溶解具有抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)，通過將活性物質(zhì)硫與活性炭、介孔碳、納米碳纖維（CNF）、多壁碳納米管（MWCNTs）、石墨烯、聚丙烯腈（PAN）、聚苯胺（PAn）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）等具有特定結(jié)構(gòu)的基質(zhì)材料制備硫基復(fù)合正極材料，可以顯著改善鋰硫電池的循環(huán)性能和倍率性能。

以上就是鋰電池生產(chǎn)廠商格瑞普為大家?guī)淼匿嚵螂姵貎?yōu)缺點有哪些以及鋰硫電池的工作原理介紹。

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