鋰硫電池存在哪些問題？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-11 13:45
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鋰硫電池存在的問題
鋰硫電池存在的主要問題：鋰硫化合物溶于電解液；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；硫在充放電過程中，體積的擴(kuò)大縮小非常大，有可能導(dǎo)致電池?fù)p壞。
第一、單質(zhì)硫的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性差，硫材料在室溫下的電導(dǎo)率極低（5.0×10－30S·cm－1），反應(yīng)的最終產(chǎn)物L(fēng)i2S2和Li2S也是電子絕緣體，不利于電池的高倍率性能。
第二、為鋰硫電池的中間放電產(chǎn)物會溶解到有機(jī)電解液中，增加電解液的黏度，降低離子導(dǎo)電性。多硫離子能在正負(fù)極之間遷移，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失和電能的浪費(fèi)。（Shuttle效應(yīng)）。溶解的多硫化物會跨越隔膜擴(kuò)散到負(fù)極，與負(fù)極反應(yīng)，破壞了負(fù)極的固體電解質(zhì)界面膜（SEI膜）。
第三、鋰硫電池的最終放電產(chǎn)物L(fēng)i2Sn（n＝1～2）電子絕緣且不溶于電解液，沉積在導(dǎo)電骨架的表面；部分硫化鋰脫離導(dǎo)電骨架，無法通過可逆的充電過程反應(yīng)變成硫或者是高階的多硫化物，造成了容量的極大衰減。
第四、硫和硫化鋰的密度分別為2.07和1.66g·cm－3，在充放電過程中有高達(dá)79％的體積膨脹／收縮，這種膨脹會導(dǎo)致正極形貌和結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致硫與導(dǎo)電骨架的脫離，從而造成容量的衰減；這種體積效應(yīng)在紐扣電池下不顯著，但在大型電池中體積效應(yīng)會放大，會產(chǎn)生顯著的容量衰減，有可能導(dǎo)致電池的損壞，巨大的體積變化會破壞電極結(jié)構(gòu)。
第五、鋰硫電池使用金屬鋰作為負(fù)極，除了金屬鋰自身的高活性，金屬鋰負(fù)極在充放電過程會發(fā)生體積變化，并容易形成枝晶。
第六、鋰硫電池實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究開展較多，單位面積上硫載量一般都在3.0mg·cm－2以下，開展高負(fù)載量極片的研究對于獲得高性能鋰硫電池具有重要價(jià)值。
鋰硫電池存在的主要問題：鋰硫化合物溶于電解液；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；硫在充放電過程中，體積的擴(kuò)大縮小非常大，有可能導(dǎo)致電池?fù)p壞。
第一、單質(zhì)硫的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性差，硫材料在室溫下的電導(dǎo)率極低（5.0×10－30S·cm－1），反應(yīng)的最終產(chǎn)物L(fēng)i2S2和Li2S也是電子絕緣體，不利于電池的高倍率性能。
第二、為鋰硫電池的中間放電產(chǎn)物會溶解到有機(jī)電解液中，增加電解液的黏度，降低離子導(dǎo)電性。多硫離子能在正負(fù)極之間遷移，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失和電能的浪費(fèi)。（Shuttle效應(yīng)）。溶解的多硫化物會跨越隔膜擴(kuò)散到負(fù)極，與負(fù)極反應(yīng)，破壞了負(fù)極的固體電解質(zhì)界面膜（SEI膜）。
第三、鋰硫電池的最終放電產(chǎn)物L(fēng)i2Sn（n＝1～2）電子絕緣且不溶于電解液，沉積在導(dǎo)電骨架的表面；部分硫化鋰脫離導(dǎo)電骨架，無法通過可逆的充電過程反應(yīng)變成硫或者是高階的多硫化物，造成了容量的極大衰減。
第四、硫和硫化鋰的密度分別為2.07和1.66g·cm－3，在充放電過程中有高達(dá)79％的體積膨脹／收縮，這種膨脹會導(dǎo)致正極形貌和結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致硫與導(dǎo)電骨架的脫離，從而造成容量的衰減；這種體積效應(yīng)在紐扣電池下不顯著，但在大型電池中體積效應(yīng)會放大，會產(chǎn)生顯著的容量衰減，有可能導(dǎo)致電池的損壞，巨大的體積變化會破壞電極結(jié)構(gòu)。
第五、鋰硫電池使用金屬鋰作為負(fù)極，除了金屬鋰自身的高活性，金屬鋰負(fù)極在充放電過程會發(fā)生體積變化，并容易形成枝晶。
第六、鋰硫電池實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究開展較多，單位面積上硫載量一般都在3.0mg·cm－2以下，開展高負(fù)載量極片的研究對于獲得高性能鋰硫電池具有重要價(jià)值。
