鋰硫電池的性能受電解液的影響嗎

來源：存能電氣  日期：2019-08-12 10:44  瀏覽量：次

　　鋰硫電池的性能受電解液的影響嗎？電解液是鋰硫電池的重要組成部分,鋰硫電池充放電時產(chǎn)生的多硫化鋰易溶于電解液，導致活性物質(zhì)減少，電池的循環(huán)性能變差，容量衰減。鋰硫電池電解質(zhì)鹽要具備化學、電化學穩(wěn)定性和較高的電導率，而電解液溶劑要具備較小的粘度以減小反應(yīng)電阻，并具有較強抑制多硫化物溶解的能力阻止活性物質(zhì)的損失，提高電池的循環(huán)性能。

　　鋰硫電池的性能受電解液的影響嗎？

　　目前，鋰硫電池的使用越來越廣泛了，但是有時候它的循環(huán)穩(wěn)定性卻不盡如人意，科學家們通過對其電解液的成分開展研究后終于找到了這個問題的答案。

　　為了確定電解液對鋰硫電池的影響，研究團隊利用LiTFSI和LiFSI做相關(guān)實驗，LiTFSI和LiFSI是非常相似的兩種電解液，僅僅是LiFSI比LiTFSI含有更少的碳和氟。他們利用環(huán)境分子實驗室里的設(shè)備不斷地測試電池充放電的能量，最后對電極做了調(diào)查分析。

　　他們發(fā)現(xiàn)用LiTFSI做電解液的鋰硫電池當中，鋰原子被硫原子束縛，在電極表面形成硫化鋰(LiSx)。而用LiFSI做電解液時,則形成硫酸鋰(LiSOx)。通過計算兩種鋰的化合物的結(jié)合緊密度,他們發(fā)現(xiàn)鋰硫化物容易破裂釋放鋰。然而,硫酸鋰是很難分開的，因此硫酸鋰當中的氧元素是罪魁禍首。

　　對于鋰硫電池這樣一個液相電化學體系而言，除了電解液的種類以外，電解液的量也會對電池性能產(chǎn)生重要影響。

　　尤其是硫正極與電解液的比例，這是由于一方面降低電解液與正極的質(zhì)量比，可以弱化可溶性多硫離子的不利影響，但另一方面會提高多硫離子溶液的粘度，從而導致電導率等性質(zhì)的下降，最佳的電解液與正極質(zhì)量比是可溶性多硫離子恰好可以自由遷移出正極區(qū)，此時在首圈放電過程剛好出現(xiàn)電壓滯后現(xiàn)象。

　　鋰硫電池的介紹

　　鋰硫電池的理論比能量為2600WH/KG，被認為是繼鋰離子電池后最接近商業(yè)化的高比能量二次電池體系。基于鋰硫電池的液態(tài)反應(yīng)類型，一方面，多硫離子的溶解不可避免且對鋰硫電池十分必要，但另一方面，活性物質(zhì)利用率低和循環(huán)性能差是制約鋰硫電池發(fā)展的關(guān)鍵因素，這些都與所用電解液的組成等密切相關(guān)，從電解液的角度改善高比能量鋰硫電池的性能顯然更為有效。

　　盡管與鋰空氣電池相比，鋰硫電池的能量密度略低，但是使用過程中不受空氣中水、二氧化碳和其他活性組分的影響，生產(chǎn)工藝也與鋰離子電池相近，因此具有更大的研發(fā)價值。

　　更為重要的是，鋰硫電池的正極活性物質(zhì)（單質(zhì)硫）價格低廉、來源廣泛、環(huán)境友好，成為繼鋰離子電池之后最具發(fā)展?jié)摿Φ膬δ荏w系之一。目前，美國、日本及歐洲的許多發(fā)達國家政府都在大力支持鋰硫電池的技術(shù)開發(fā)。

　　鋰硫電池電解液在電池內(nèi)部的作用

　　1.在電極之間傳導Li＋形成內(nèi)電路；

　　2.在正極界面附近溶解和傳輸中間產(chǎn)物多硫化鋰。由于多硫化鋰在電解液中的溶解易造成飛梭效應(yīng)以及金屬鋰的腐蝕，鋰硫電池電解液除了要求對Ｌｉ＋具有很好的傳導性外，還需能夠抑制硫的溶解擴散。

　　據(jù)研究發(fā)現(xiàn)：大體積陽離子的鋰硫電池電解液，并證實其能夠有效提高多硫化物穩(wěn)定性，延長鋰硫電池的循環(huán)壽命。鋰硫電池具有能量密度高、成本低、環(huán)境友好的優(yōu)勢，是國際儲能領(lǐng)域的研究熱點之一。