锂硫电池中的表面修饰-硅酸盐学报

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1、第45卷第10期硅酸盐学报Vol.45，No.102017年10月JOURNALOFTHECHINESECERAMICSOCIETYOctober，2017http://www.gxyb.cbpt.cnki.netDOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2017.10.01《硅酸盐学报》创刊60周年专题论文锂硫电池中的表面修饰温兆银，靳俊，谷穗，马国强(中国科学院上海硅酸盐研究所，上海200050)摘要：锂硫电池理论能量密度高(2600W·h/kg)、硫原料丰富、成本低，是最有发展前景的锂二次电池技术之一。然而硫以及放电产物硫化锂

2、电导率低，电化学反应过程中生成的可溶性多硫化物的“穿梭效应”以及电池充放电过程中电极的体积效应等，影响了锂硫电池性能的发挥，阻碍了锂硫电池实用化进程。近年来，通过电极材料的设计、电极表界面的修饰以及电解液体系优化，锂硫电池的性能得到显著提升。综述了近年来锂硫电池中硫正极、隔膜和金属Li表界面修饰方面的研究进展。关键词：锂硫电池；硫正极；隔膜；金属锂负极；修饰中图分类号：TQ174.75文献标志码：A文章编号：0454–5648(2017)10–1367–15网络出版时间：2017–07–1411:38:25网络出版地址：http://kns.cnki

3、.net/kcms/detail/11.2310.TQ.20170714.1138.001.htmlSurfaceModificationforLithiumSulfurBatteriesWENZhaoyin,JINJun,GUSui,MAGuoqiang(ShanghaiInstituteofCeramics,ChineseAcademyofSciences,Shanghai200050,China)Abstract:Owingtothehightheoreticalenergydensity,naturalabundance,andlowcost

4、,lithiumsulfurbatterybecomesapromisingcandidateforthenextgenerationrechargeablesecondarybatteries.However,thecommercializationoflithiumsulfurbatteryisinhibitedbytheinsulatingnatureofsulfurandLi2S,“shuttleeffect”causedbythesolublepolysulfidesinorganicelectrolyteaswellasvolumecha

5、ngeduringthecharge/dischargeprocess.Inrecentyears,theperformanceoflithiumsulfurbatterywasimprovedsignificantlybydesigningthestructureofelectrodematerials,modifyingthesurfaceandoptimizingtheelectrolyte.Thispapersummarizestheresearchprogressintheinterfacemodificationofsulfurcatho

6、de,separatorandlithiummetalelectrodeoflithium-sulfurbattery.Keywords:lithiumsulfurbatteries;sulfurcathode;separator;lithiumanode;modification[1]锂离子电池由于工作电压高、能量密度大、池；同时，硫的储量丰富，价格低廉，环境友好。循环寿命长、自放电低等优点，近年来已大量替因此，锂硫电池被认为是最具有应用前景的高能量代传统铅酸电池、镍氢电池，广泛应用于航空航密度储能电池技术之一。尽管锂硫电池具有诸多优天、电动汽车、

7、分布式电站等领域。然而随着智势，但其实际应用仍然面临很多挑战，主要包括以能化电子设备的日益普及及电动汽车的大规模应下几个方面：第一，硫和放电产物Li2S导电性差，用，开发具有更高能量密度的二次电池，引起全需要在硫正极中添加较多的导电剂，降低了电池的3世界范围的关注。能量密度。第二，单质硫α–S8(2.07g/cm)和放电3锂硫电池以硫和金属Li分别作为正极和负极，产物Li2S(1.66g/cm)的密度不同，导致充放电过程如图1所示。以硫作为正极材料计算，理论比容量中存在80%的体积变化，造成电极结构的破坏和循为1675mA·h/g，与金属Li负极组装

8、成的电池理论环性能的衰退。第三，在放电过程中正极生成的多比能量达到2600W·h/kg，远高于现有的锂离子电