锂/硫电池的瓶颈问题及研究进展*
2021-02-15陆继鑫丁玉寅祝鹏浩王存国
化工科技 2021年6期
陆继鑫,丁玉寅,祝鹏浩,王存国
(青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室 山东省橡塑材料与工程重点实验室,山东 青岛 266042)
近三十年来,随着移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备的迅猛发展,锂离子电池以工作电压高、能量密度大、质量轻等优点得到了广泛的应用[1-5],而其他金属如离子电池钠离子电池[6-7]、镁离子电池[8]、铝离子电池[9]、锌离子电池[10]等也被深入研究。而随着电动汽车工业的快速发展,迫切需求一种比容量大、价格低廉、使用安全、绿色环保的二次电池,目前商品化的锂离子电池理论容量有限,很难有突破性的进展,而锂/硫电池的理论比容量为1675 mAh/g,且成本较低、对环境污染较小,因而被认为是具有商业化前景的新型动力电池之一[11-15]。
目前在锂/硫电池的研究过程中还存在4个方面的问题[16-18]。(1)在电池充放电过程中存在穿梭效应,致使活性硫利用率较低,电池的循环寿命较差;(2)锂金属阳极在反复充放电过程中会出现不可控的锂枝晶生长,这有可能会引起电池内部短路,从而引发火灾或爆炸,存在安全隐患;(3)虽然硫的理论比能量较高,但单质硫的导电性较差,因而需要与一些导电材料进行复合,比如碳纳米管、多孔碳、石墨烯等;(4)在电池充放电过程中硫发生氧化还原反应,致使电极充放电前后体积变化率高达70%~80%,导致其正极结构的稳定性较差,从而使硫从正极脱落,严重影响电池的循环稳定性。
作者主要从以上问题入手,对锂/硫电池的研究现状及发展趋势进行阐述。……
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