锂硫二次电池的发展

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1、二次电池的发展一一锂硫电池的发展通过查阅2010年至今的相关文献，我主要从锂硫电池方面来了解二次电池的发展。随着科技的发展、人类生活质量的提高，石油资源面临危机、地球生态环境闩益恶化，形成了新型二次电池及相关材料领域的科技和产业快速发展的双重社会竹景。其中，高能镍镉电池、镍金属氢化物电池、镍锌电池、免维护铅酸电池、铅布电池、锂离子电池、锂聚合物电池等新型二次电池备受青睐。在我国得到广泛应用，形成产业并迅猛发展。作为绿色环保无污染的锂离子电池由于具冇更高的比能量和比功率，因此自从20世纪90年代初开发成功以

2、來，已经成为了FI前综合性能最好的电池体系。而聚合物锂离子电池的开发，由于具有轻、薄的特点，并且可以将电池设计成为任意形状且有安全性好的优点，使得锂离子电池应用领域得到了进一步的拓宽。绿色二次电池是一种可以循环使用的高效洁净新能源，是缓解能源、资源和环境等一系列问题的一种重要的技术途径。近年来，随着便携式电子产品，电动车辆，国防电源系统及光伏储能的不断发展，更加显示出二次电池对当今社会可持续发展的支持作用，以及在新能源领域中不可替代的地位。我国已经成为世界绿色二次电池生产的重要基地。当今，我国电池行业正发

3、生着重要的产业结构调整，由传统的一次性电池向新型二次电池转型，明显地朝向减少资源、能源浪费与环境污染的方向进步。由此可见，发展高性能绿色二次电池已经成为国家经济发展的重大需求。硫元素具有多电子还原反应的电化学能力，而且硫元素的原子质量相对较小，因此单质硫的放电理论比容量可高达1675mAhg'远远高于现阶段市场上商业化的二次电池，它的工作电压在2.IV左右，能满足多种场合的应用需求，是目前正在开发的二次电池体系中具有最高能量密度的一种，是高性能锂二次电池的代表和方向。锂硫二次电池是以金属锂作为负极，单质硫

4、或硫棊复合材料作为正极的二次电池，其理论能量密度为2600Wh-kg'1,实际能量密度目前能达到300Wh•kg'未来儿年内极有可能提高到600Wh•kg1左右,被认为是当前最具研究吸引力的二次电池体系之一锂硫二次电池因其具有高比能量、成木低、环境友好等优点，有望成为新型锂电池研究热点之一。随着移动通讯设备、便携式电子信息产品的迅猛发展，因具有高电压、高可逆容量、高循环性能和较高比能量等优点的锂离子二次电池备受关注，是目前实用化的主导电源。尽管锂离子电池存在上述诸多优点，但是受正极材料比容量的制约，进一步

5、提高容量的空间有限。为了紧跟信息时代发展的步伐，研宄高容量锂电池正极材料迫在眉睫。这其中，以单质硫为正极的锂硫电池受到各国研究者的关注。通常理论上认为，锂与硫完全反应生成LbS,可以实现2个电子转移，且硫的原子量明显轻于FI前商业化的锂离子电池的嵌入化合物正极材料，是最具潜力的高容量锂离子电极材料，其电极理论比容量可高达1675mAh/g，以硫与金屌锂构建的锂/硫二次电池体系的理论比能量高达2600Wh/kg。从早期的高温钠硫电池到军用的锂二氧化硫锂电池，从锂亚硫酰氯无机电解质原电池到锂硫有机非水电解质二

6、次电池，人们对硫作为电池正极活性物质的研宄经历了一个探索、认识和发展的历史过程。与其它电池相比，锂硫电池的主要优点表现在以下五个方面：（1）比容量高，单质硫作为正极活性物质的理论比容量可高达1675mAhg*。（2）成木低廉。（3）资源丰富。元素硫可以以单质状态存在于自然界，其在地壳中的含量为0.048%，而我国的硫储量为3.7亿吨。（4）对环境友好，锂硫电池在制备和充放电过程中无毒，安全，可靠。(5)耐过充能力较强。但是锂硫二次电池也存在一些问题，通常单质硫是电子和离子的绝缘体，需要添加大量的导电剂，以

7、致降低了活性物质的利用率。并i锂硫电池放电过程中,生成的多硫化锂易溶解于电解液屮，放电后的最终产物硫化锂又容易生成较大的晶体，失去电化学活性，造成电池比容量下降，循环性能差。锂硫二次电池的充放电机理，早在20世纪70年代，就已经有学者研究了单质硫和多硫化物在电解质中的电化学行为。1983年，以色列Tel-Aviv大学的Yandn和Peled等就开始研究室温下单质硫在电解液中的电化学行为，与其他锂离子电池屮锂离子在电极材料屮的脱嵌行为不同，锂硫电池的正极反应是通过S-S键的电化学断裂和重新键合来实现的。锂硫

8、电池正极研宄。(1)单质硫正极，由于单质硫在室温下不导电，不能单独作为二次电池正极材料使用，因此在制备正极活性物质的过程中，一般会将单质硫和一定量的导电剂混合用以提高正极电极片的导电性。然而，如果正极材料的导电剂过量就会导致电极以及整个电池比容量的下降。碳黑是一种常用的提高电池正极材料导电性的添加剂，但是不同吸附能力、不同比表面积、不同导电性的碳黑对锂硫电池性能的影响也不尽和同。采用高吸附性的碳黑和颗粒大小大概在5pm的硫单质