鋰硫電池正極材料研究進(jìn)展

高瀚濤 ,蘇玉靜 ,郎笑石, ,姚傳剛 ,蔡克迪

(1.渤海大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院,遼寧 錦州 121013;2.遼寧省超級(jí)電容器工程技術(shù)研究中心,遼寧 錦州 121000)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展,化石能源的日益短缺,環(huán)境污染情況日益加劇,工業(yè)化進(jìn)程不斷加快,研究和開發(fā)新型高效清潔儲(chǔ)能系統(tǒng)顯得愈發(fā)重要。而作為研究熱點(diǎn)的鋰硫電池[1],被視為重要的高性能清潔能源系統(tǒng),近年來受到廣泛關(guān)注。

鋰硫電池的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)重要階段,自20 世紀(jì)60 年代鋰硫電池的概念被首次提出,研究者們對(duì)鋰硫電池的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探索,并認(rèn)為其反應(yīng)機(jī)理為獨(dú)特的溶解-沉積[2]機(jī)理。2009 年 《Nature Materials》 刊登了一篇納米材料用于鋰硫電池的應(yīng)用研究[3],使鋰硫電池重歸學(xué)術(shù)研究視野。

鋰硫電池的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為:正極硫活性物質(zhì)具有較高的理論比能量(2600 Wh·kg-1)[4]和較高的理論比容量(1675 mAh·g-1)[5]、活性物質(zhì)的來源廣泛、環(huán)境友好等。其中,鋰硫電池比能量與比容量遠(yuǎn)高于目前商業(yè)上應(yīng)用的其他電池體系,這可在同質(zhì)量電池組情況下為電動(dòng)設(shè)備增加續(xù)航。加之硫單質(zhì)的儲(chǔ)量十分豐富,在地殼中的豐度約為0.05%,因此硫作為電極的活性物質(zhì)成本優(yōu)勢(shì)十分明顯。其次,已經(jīng)商業(yè)化的鋰離子電池正極材料中均存在重金屬元素,這使電池的回收成本面臨巨大的考驗(yàn)。與之相比,鋰硫電池中不存在重金屬元素的使用,且反應(yīng)物、中間產(chǎn)物及生成物毒性低、無污染。因此,鋰硫電池被認(rèn)為是具有廣闊研發(fā)前景的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)之一[6]。……