空气稳定、高库伦效率金属锂硫电池及其原位反应机理研究

摘要

以金属锂为负极、单质硫为正极的锂硫电池的理论比能量可达到2600 Wh kg1(锂和硫的理论比容量分别为3860 mAh g-l和1675 mAh g-1),远高于现阶段所使用的商业化二次电池,是一种很有前途的储能系统.此外,硫在地球的表层储量丰富且十分廉价,生产成本较低,也使得锂硫电池富有吸引力.在锂硫电池的充放电过程中,环状S8分子经过一系列结构和形态的变化,与锂离子反应生成可溶性长链多硫化物和不溶性短链多硫化物.在放电过程中,正极的中间产物长链聚硫离子溶解扩散至负极,在负极表面还原生成短链聚硫离子,后者又反向扩散至正极,在充电时这些短链聚硫离子再次被氧化成长链聚硫离子,这个过程消耗了充放电电量并限制了锂硫两极的电化学效率,严重影响了锂硫电池的可逆容量和库伦效率.