锂硫电池作为新一代锂电池发展方向将如何应对技术挑战？
来源：宝鄂实业
2019-04-25 09:24
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具有能量密度高、容量大、环保、廉价等特点的锂硫电池被称为是继锂离子电池之后下一代动力电池体系的发展方向，然而其使用过程中产生的多硫化物导致电池性能衰退一直是影响锂硫电池应用的瓶颈问题。近日，西安交大化工学院李明涛课题组设计开发了一种具有二维结构的石墨烯保护层的正极材料，获得了长循环寿命的锂硫电池。
锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池，作为一种高比能电池，具有价格低廉、储备丰富、绿色环保等特点，被誉为锂离子电池之后下一代动力电池体系的发展方向，其理论比能量高达2600Wh/kg，远高于目前商业化的锂离子电池，也是破解新能源汽车“里程焦虑”备选项之一。然而锂硫电池在实际应用中，易溶于电解液的多硫化物(中间产物)形成“穿梭效应”会直接导致差的电池循环寿命。因此，如何抑制多硫化物的穿梭在锂硫电池正极研究中至关重要。
所谓穿梭效应，指的是在充放电过程中，正极产生的多硫化物(Li2Sx)中间体溶解到电解液中，并穿过隔膜，向负极扩散，与负极的金属锂直接发生反应，最终造成了电池中有效物质的不可逆损失、电池寿命的衰减、低的库伦效率。
针对这一问题，近日，西安交大化工学院、长期从事新一代二次电池正极材料开发与应用的李明涛课题组，创造性地设计了一种二维插层结构的g-C3N4/石墨烯夹层，如同在电池正负极之间构建了多层“防鲨网”，不仅能通过物理和化学双重作用阻挡多硫化物在正负极之间穿梭，还能加快锂离子的扩散，从而大大提升电池的循环寿命。
他们的研究成果对提升锂硫电池电化学性能及进一步实现产业化具有理论指导意义。前不久，该成果发表在国际著名期刊《可持续能源材料化学》（ChemSusChem）上，并入选为封面文章。
不久之前，中科院大连化物所在锂硫二次电池技术研发中取得新进展，所研制的能量型锂硫电池的比能量经第三方按照国军标要求的安全测试，从之前的520Wh/kg、570Wh/kg到609Wh/kg，刷新了二次电池比能量在同领域的领先位置。此次新研制的能量型锂硫电池，还展示出了优异的环境适应性：在-20℃的环境中，放电比能量达到400Wh/kg;在-60℃的极寒环境中仍可工作，表现出了显著优于锂离子电池的低温性能。此外，新研制的功率型锂硫二次电池的持续放电倍率大于4C，脉冲可达10C。目前由中科院大连化物所研制开发的锂硫电池组已完成了与太阳能无人机的全系统地面联试，取得良好效果，通过了用户验收。
作为一种高效的储能系统，从各种电子产品到电动汽车，再到电网规模化能量存储的扩展应用，锂电池正在越来越多地参与到能源生态演变这一重要进程中。过去几十年锂离子电池(LIBs)一直占据着主导地位，然而它的高成本和越来越接近理论极限的现状以及在我国的十三五规划中，提到的在2020年时将电池的容量提升到500Wh/kg，这些市场形势和政策走向，使得学术界和工业界都在寻求超越锂离子嵌入的新型化学储能电池，以满足不断增长的能源需求。按照目前的进度来看，基于全新能量转化机制的锂硫(Li-S)电池摘得头筹的可能性比较大。
锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池，作为一种高比能电池，具有价格低廉、储备丰富、绿色环保等特点，被誉为锂离子电池之后下一代动力电池体系的发展方向，其理论比能量高达2600Wh/kg，远高于目前商业化的锂离子电池，也是破解新能源汽车“里程焦虑”备选项之一。然而锂硫电池在实际应用中，易溶于电解液的多硫化物(中间产物)形成“穿梭效应”会直接导致差的电池循环寿命。因此，如何抑制多硫化物的穿梭在锂硫电池正极研究中至关重要。
所谓穿梭效应，指的是在充放电过程中，正极产生的多硫化物(Li2Sx)中间体溶解到电解液中，并穿过隔膜，向负极扩散，与负极的金属锂直接发生反应，最终造成了电池中有效物质的不可逆损失、电池寿命的衰减、低的库伦效率。
针对这一问题，近日，西安交大化工学院、长期从事新一代二次电池正极材料开发与应用的李明涛课题组，创造性地设计了一种二维插层结构的g-C3N4/石墨烯夹层，如同在电池正负极之间构建了多层“防鲨网”，不仅能通过物理和化学双重作用阻挡多硫化物在正负极之间穿梭，还能加快锂离子的扩散，从而大大提升电池的循环寿命。
他们的研究成果对提升锂硫电池电化学性能及进一步实现产业化具有理论指导意义。前不久，该成果发表在国际著名期刊《可持续能源材料化学》（ChemSusChem）上，并入选为封面文章。
不久之前，中科院大连化物所在锂硫二次电池技术研发中取得新进展，所研制的能量型锂硫电池的比能量经第三方按照国军标要求的安全测试，从之前的520Wh/kg、570Wh/kg到609Wh/kg，刷新了二次电池比能量在同领域的领先位置。此次新研制的能量型锂硫电池，还展示出了优异的环境适应性：在-20℃的环境中，放电比能量达到400Wh/kg;在-60℃的极寒环境中仍可工作，表现出了显著优于锂离子电池的低温性能。此外，新研制的功率型锂硫二次电池的持续放电倍率大于4C，脉冲可达10C。目前由中科院大连化物所研制开发的锂硫电池组已完成了与太阳能无人机的全系统地面联试，取得良好效果，通过了用户验收。
作为一种高效的储能系统，从各种电子产品到电动汽车，再到电网规模化能量存储的扩展应用，锂电池正在越来越多地参与到能源生态演变这一重要进程中。过去几十年锂离子电池(LIBs)一直占据着主导地位，然而它的高成本和越来越接近理论极限的现状以及在我国的十三五规划中，提到的在2020年时将电池的容量提升到500Wh/kg，这些市场形势和政策走向，使得学术界和工业界都在寻求超越锂离子嵌入的新型化学储能电池，以满足不断增长的能源需求。按照目前的进度来看，基于全新能量转化机制的锂硫(Li-S)电池摘得头筹的可能性比较大。
