鋰硫電池優缺點有哪些？鋰硫電池的工作原理介紹

導讀：本文主要介紹鋰硫電池的工作原理以及鋰硫電池的優缺點。

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,金屬鋰作為負極的一種鋰電池。單質硫在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環境友好等特點。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 ，遠遠高于商業上廣泛應用的鈷酸鋰電池的容量（<150mAh/g）。并且硫是一種對環境友好的元素，對環境基本沒有污染，是一種非常有前景的鋰電池。那么鋰硫電池的優缺點有哪些？鋰硫電池的工作原理是怎么樣的？

鋰硫電池優缺點有哪些？

鋰硫電池除了能量密度非常高外，還具有一些其他的優點，一方面，其生產成本比較低。由于鋰硫電池主要采用硫和鋰作為生產原材料，生產成本相對較低；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、硫作為不導電的物質，導電性非常差，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，有可能導致電池損壞。鋰硫電池最大的缺點在于其循環利用次數比較低。因為硫化聚合物具有穩定性比較差的特性，所以當前鋰硫電池的循環利用次數要遠遠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，是傳統商業化以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不是簡單的鋰離子脫嵌，而是伴隨著大量中間產物的氧化還原過程。

鋰硫放電電池放電過程中，單質硫從環狀S8開環與Li反應，由長鏈Li2S8向短鏈Li2S轉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，該過程可認為大量S8向S42-轉化，而低電勢放電則為2.1V—1.7V，此過程為大量S42-轉化為S22-與S2-。另一方面，不同的轉化程度也對應著不同的電容量。放電反應方程如下：

正極：S8+16Li+e-→8Li2S

負極：Li→Li++e-

總反應：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。與傳統鋰離子電池相似，鋰硫電池由正極，負極，隔膜，電解質和隔膜組成。因此鋰硫電池被認為是目前最有希望替代傳統鋰離子電池，成為新一代的儲能設備的新能源。

拓展：鋰硫電池的進展

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

對于硫基復合正極材料的改性，主要是將具有良好導電性能及特定結構的基質材料與單質硫復合制備高性能的硫基復合正極材料。其中，引入的基質材料應具有以下功能：

1、良好的導電性；

2、活性物質硫可以在基質材料上均勻分散，以確保活性物質的高利用率；

3、要對硫及多硫化物的溶解具有抑制作用。研究發現，通過將活性物質硫與活性炭、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）等具有特定結構的基質材料制備硫基復合正極材料，可以顯著改善鋰硫電池的循環性能和倍率性能。

以上就是鋰電池生產廠商格瑞普為大家帶來的鋰硫電池優缺點有哪些以及鋰硫電池的工作原理介紹。

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