鋰硫電池發(fā)展面對(duì)的問題

鋰-空電池的可行性，收集了這么多世紀(jì)的問題，可以說一直很困惑。看看鋰硫電池，負(fù)極選擇鋰金屬，正極選擇硫，硫容量非常高，達(dá)到1600毫安時(shí)/克，這就是我們研究它的原因。

但是鋰硫電池也有一些痛點(diǎn)，其中第一個(gè)痛點(diǎn)是電極循環(huán)不良。當(dāng)硫電極放電時(shí)，硫化鋰不是直接出現(xiàn)，而是逐漸回收，同時(shí)出現(xiàn)硫化鋰中間產(chǎn)物;鋰多硫化物會(huì)溶解在電解液中，造成溶解和損失。一方面，溶解的多硫化鋰會(huì)分散到負(fù)極進(jìn)行回收，然后氧化到正極，出現(xiàn)流化效應(yīng)，導(dǎo)致庫(kù)侖功率低，自放電高。另一方面，在充電過程中，溶解的多硫化鋰也會(huì)優(yōu)先堆積在陽極表面，由于外部孔的堵塞導(dǎo)致電極失活。因此，電極的循環(huán)功能很差。

現(xiàn)在，科學(xué)界的方法是利用多孔碳數(shù)據(jù)來阻擋和吸附多硫化物離子，減少其溶解和損失。這一策略在學(xué)術(shù)上似乎很有效，但實(shí)際應(yīng)用卻很有限。兩者之間的重要差別是，實(shí)驗(yàn)室的研究工作是基于小紐扣電池，電極很薄，硫負(fù)荷不高，總硫水平約為幾毫克;另一方面，實(shí)用電池有更高的硫含量(g)，更厚的電極和更高的單位硫負(fù)荷。

鋰硫電池的第二個(gè)問題是鋰陽極的充電，這也是在短時(shí)間內(nèi)難以解決的問題。電化學(xué)反應(yīng)是將幾個(gè)過程串聯(lián)起來所必需的。第一個(gè)過程是將反應(yīng)從溶液體轉(zhuǎn)移到電極表面，稱為液相傳質(zhì)。第二個(gè)過程是反應(yīng)物在電極表面獲得或失去電子并形成產(chǎn)物的過程，稱為電化學(xué)反應(yīng)物。哪個(gè)速度慢，電極響應(yīng)由哪個(gè)過程控制。

鋰電極的電子交換過程非?？?，所以液相轉(zhuǎn)移是其反應(yīng)控制過程，即鋰離子從溶液體到電極表面的轉(zhuǎn)移相對(duì)緩慢。這導(dǎo)致了一些問題。在實(shí)際應(yīng)用中，液相轉(zhuǎn)移受到對(duì)流的影響。只要有重力，就會(huì)有對(duì)流。在鋰離子生長(zhǎng)快的地方，鋰離子之間的運(yùn)輸間隔越短，鋰離子的積累速率越快，這就是鋰的樹突生長(zhǎng)的原因。

當(dāng)然，正極和負(fù)極之間的間距不同，電流分布也不同，這也是鋰枝晶生長(zhǎng)的一個(gè)重要原因。顯然，這些因素在實(shí)際電池中是難以防止的，因此，由枝晶生長(zhǎng)引起的充電問題并不是不可能的，但仍然很難找到有效的解決辦法。

第三個(gè)問題是鋰-硫電池的能量密度很低，可能只有磷酸鐵鋰的能量密度可以與之相比。因?yàn)榱蚴墙^緣體，讓它導(dǎo)電，讓它回聲，讓它分散，所以要選擇很多高比表面積的碳，導(dǎo)致硫碳復(fù)合材料的數(shù)據(jù)密度很小;另外，硫的反應(yīng)是先溶解后積累，所以在電極上要有大量的液相輸送通道。

但是現(xiàn)在大多數(shù)鋰硫電池的硫電極板都不能被壓制，鍍層的種類是什么，孔隙率是非常高的，所以它的體積能量密度是非常低的。關(guān)于汽車，尤其是乘用車，當(dāng)能量密度達(dá)到一定值時(shí)，體積能量密度變得更加重要，因?yàn)槌擞密嚊]有那么多的局部電池。所以從這個(gè)意義上講，至少在汽車動(dòng)力領(lǐng)域，鋰硫電池是不被看好的。