鋰硫電池隔膜改性研究進展

黎海明 呂瑞華

(東華理工大學，江西 南昌 330013)

引言

新能源汽車的發展對對電池的性能提出了更高要求，目前傳統的磷酸鐵鋰，鈷酸鋰，三元鋰電池因其較低的能量密度已經滿足不了長續航，快充，以及更加嚴格的安全性能需求。鋰硫電池因其理論容量高達1675mAh/g，高能量密度2600Wh/kg，是傳統LiFePO4等正極材料的近10倍。另外硫的儲量豐富，對環境污染和生物毒害性遠比鈷酸鋰、三元電池小。是一種真正意義上的綠色電池，已成為當前國際研究的熱點，是下一代新能源動力電池的理想選擇。

鋰硫電池是以硫元素為正極活性物質，鋰金屬為負極的一種鋰離子電池。放電過程中，正極的硫和電解液中的鋰結合生成高階多硫化鋰Li2S8、Li2S6再進一步和鋰結合生成Li2S4、 Li2S2、低階多硫化鋰，最后生成不溶的Li2S，負極則為鋰金屬失去電子成為鋰離子。充電過程則為在外加電壓作用下，正極的低階多硫化鋰向高階多硫化鋰最后生成硫單質轉變，負極則是鋰離子沉積成鋰單質的過程。正極和負極反應的電勢差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。其中放電中間產物多硫化鋰高度可溶于電解液，從正極上溶解脫出，以及透過隔膜穿梭至鋰負極沉淀，造成容量的快速衰減，和較低的庫倫效率。

為解決上述問題，近年來對鋰硫電池的研究主要集中在正極結構設計，功能隔膜抑制穿梭效應，以及負極鋰枝晶的解決方案。其中以功能材料修飾隔膜的復合隔膜對穿梭效應的抑制以及鋰枝晶的抑制研究最為廣泛。……