锂硫电池的正极与负极研究进展

苏春阳，景航昆

（1.宏启胜精密电子（秦皇岛）有限公司，河北秦皇岛 066000；2.北京航天试验技术研究所，北京 100074）

1 概述

由于全球的石油等化石类能源被日渐消耗，以及石油汽油等燃烧向空气中大量排放二氧化碳导致气候变暖，人们迫切需要寻找下一类可持续的，价格低廉并且环境友好的能源存储系统[1]。在所有的电化学存储系统中，锂离子电池在二次充电系统中占据着非常重要的地位。然而锂离子电池最大能量密度为240Wh/kg，且锂离子价格贵，并有过充的安全问题。这些都限制了锂离子电池在市场上的应用[2]。锂硫电池因为其较高的理论能量密度和理论比容量而在近些年被广泛研究。锂硫电池的理论比容量为1 675mAh /g，理论能量密度为2 600Wh kg-1，远高于锂离子电池。锂硫电池是由锂负极和硫正极组成，通过S-S键的断裂-重组来实现电能与化学能的相互转变[3]。

尽管锂硫电池能量密度高，硫正极材料价格低廉且环境友好，然而仍然有很有因素限制了锂硫电池的实际应用[4]。

1）硫正极在放电过程中生成可溶性多硫化物Li2Sn（3

2）硫和硫化锂的密度分别为2.03g/cm3和 1.66g/cm3，在放电过程中硫会生成硫化锂，造成电池的体积膨胀，从而导致活性物质硫从导电结构上脱落，使锂硫电池的比容量受到损失。由于硫和硫化锂均为绝缘物质，因此硫化锂在正极导电框架上的生成会影响正极活性物质的溶解，从而降低锂硫电池的反应效率和比容量。

3）锂负极在电池多次充放电的过程中会形成锂枝晶，锂枝晶会穿透隔膜，导致电池短路，从而发生着火或爆炸[5]。……