納米碳/硫復(fù)合材料在鋰硫電池正極中的應(yīng)用研究進(jìn)展

鄒艷文，林 倩

（溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江省碳材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 溫州 325027）

面對(duì)能源消耗的增加和全球氣候的變化，必須考慮一種可持續(xù)的、低成本的、環(huán)境友好的、高能量密度的電能存儲(chǔ)系統(tǒng)。在現(xiàn)有的電化學(xué)系統(tǒng)中，鋰硫電池(LSBs)的理論比容量為1675mAh·g-1，理論能量密度為2600Wh·kg-1，是具有競(jìng)爭(zhēng)力和前景的選擇[1-3]。然而，在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之前，可充電LSBs系統(tǒng)面臨著一些主要的負(fù)面挑戰(zhàn)，例如S和Li2S的絕緣性能，在充放電過(guò)程中硫陰極的體積會(huì)發(fā)生變化(高達(dá)80%)，可溶性中間多硫化物在陰極和陽(yáng)極之間穿梭等，這將導(dǎo)致活性物質(zhì)的利用率低，庫(kù)侖效率低，電化學(xué)循環(huán)的穩(wěn)定性差[4-5]。

本文綜述了可用于LSBs的碳硫復(fù)合材料，研究者們提出了一些新的設(shè)計(jì)思路和方法，并獲得了優(yōu)異的電池性能。這些前期的努力使得高能密度LSBs的應(yīng)用前景更加廣闊。相信在未來(lái)幾年，會(huì)有越來(lái)越多優(yōu)秀的LSBs研究成果發(fā)表，從而加速LSBs的商業(yè)化。

1 鋰-硫電池的反應(yīng)原理

鋰硫電池的工作原理是基于S8和金屬Li之間的一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程（圖1）[6-7]。正極由碳硫復(fù)合材料、導(dǎo)電添加劑、黏結(jié)劑、集流體等共同組成，負(fù)極是鋰片，電解質(zhì)是醚類(lèi)電解質(zhì)，隔膜是高分子材料。

圖1 鋰硫電池的工作原理圖

在放電過(guò)程中，金屬鋰的正極(負(fù)極)被氧化，形成鋰離子和電子，分別通過(guò)電解液和外部電路到達(dá)硫的陰極(正極)。在陰極處，硫與鋰離子和電子發(fā)生反應(yīng)，還原形成硫化鋰。相反的情況發(fā)生在充電反應(yīng)中。……