EnSM：锂硫电池用Li2S正极的最新研究进展

newbee

2020-02-12

硫化锂（Li₂S）以其出色的性能已被广泛用作下一代可充电电池的正极材料，因为它可以缓解原本硫正极中发生的体积膨胀问题。用Li₂S替代硫时，最根本的变化可能在于前者具有高温处理能力，从而为设计合理的电极结构开辟了新的途径。然而Li₂S材料在材料合成，电极制造，电池结构和电化学行为方面仍有其自身的挑战。为了应对这一挑战，美国德克萨斯理工大学Zhaoyang Fan等人发表综述文章阐述了对Li₂S首圈活化过程的理解，同时还概述了生产Li₂S纳米颗粒，封装Li₂S纳米颗粒，制造Li₂S正极以及构建不含金属锂的LSB方面的工作,并比较了不同方法的优缺点以及相关的电化学行为的差异。

本文要点：

1） 由于锂硫电池首次充电过程的详细过程仍存在争议，因此需要开展基础研究来阐明Li₂S活化的机理。这可以为设计Li₂S正极的结构和电解质的选择提供关键的指导，从而减少充电过电势并提高活性材料的利用率。

2） 除了修饰Li₂S颗粒和开发主体材料外，改性电解质（尤其是添加RMs）是降低活化电压的有效且简便的方法。

3） 已经报道了许多关于Li₂S粒径影响的研究。然而，很少研究其颗粒形态和结晶度，这两者表现出的影响与粒径具有相同的重要性。

4） Li₂S的高温稳定性为其封装开辟了许多新途径。由于Li₂S的电子电导率和锂离子电导率均较差，因此通过包覆离子-电子混合导体有可能协同增强Li₂S正极的性能。

5） 通过对机理的理解和对不同工艺方面的优化，需要采取完整的策略来设计Li₂S正极，包括但不限于尺寸，形态，结晶度和涂层材料的选择。

6） 为了开发实用的基于Li₂S的LSB，还应研究除金属锂以外的负极材料，从而可以与Li₂S正极耦合使用。这需要解决这类负极伴随的电子导电性差和体积膨胀大的问题，同时需要保护Li₂Sx不与负极反应，另外还需要开发补偿锂损失的技术来提高其性能。

Shiqi Li et al. loping Li2S Cathodes for Li-S Batter, Energy Storage Materials 2020

DOI: 10.1016/j.ensm.2020.02.010

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.02.010