锂硫电池充放电原理和存在的问题简单介绍

锂硫电池是锂电池的一种，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单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到 1675m Ah/g 和 2600Wh/kg，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。

　　一、锂硫电池的充放电原理　　典型的锂硫电池一般采用单质硫作为正极，金属锂片作为负极，它的反应机理不同于锂离子电池的离子脱嵌机理，而是电化学机理锂硫电池以硫为正极反应物质，以锂为负极放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。

　　在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程根据单位质量的单质硫完全变为S2-所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675 mAh/g，同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860 mAh/g。

锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂(Li2S)时相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600 Wh/kg　　二、锂硫电池存在的问题　　锂硫电池存在的问题主要有：　　第一、单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10-30S·cm-1)，反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能　　第二、为锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中,增加电解液的黏度，降低离子导电性。

多硫离子能在正负极之间迁移，导致活性物质损失和电能的浪费(Shuttle效应)溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极,与负极反应,破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)　　第三、锂硫电池的最终放电产物Li2Sn(n=1~2)电子绝缘且不溶于电解液,沉积在导电骨架的表面;部分硫化锂脱离导电骨架,无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物,造成了容量的极大衰减。

　　第四、硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g·cm-3,在充放电过程中有高达79%的体积膨胀/收缩,这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变,导致硫与导电骨架的脱离,从而造成容量的衰减;这种体积效应在纽扣电池下不显着,但在大型电池中体积效应会放大,会产生显着的容量衰减，有可能导致电池的损坏，巨大的体积变化会破坏电极结构　　第五、锂硫电池使用金属锂作为负极,除了金属锂自身的高活性,金属锂负极在充放电过程会发生体积变化,并容易形成枝晶。

　　第六、锂硫电池实验室规模的研究开展较多,单位面积上硫载量一般都在3.0mg·cm-2以下,开展高负载量极片的研究对于获得高性能锂硫电池具有重要价值免责声明：本文来源：[中国传动网]的所有文字、图片、音视和视频文件，版权均为中国传动网(www.chuandong.com)独家所有。

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