隨著電動汽車、儲能電站等大規模高容量電化學儲能應用的興起，發展具有更高能量密度的二次電池體系的任務十分迫切。以現有的鋰電池技術，目前商業化的鋰離子電池比能量很難突破300 Wh/kg，不能滿足新能源產業對高性能電池的需求。因此具備更高材料理論比容量和電池理論比能量的鋰硫電池的研究受到廣泛關注。

日本杰士湯淺公司（GS YUASA）去年年底開發的鋰硫電池

鋰硫電池是鋰電池的一種，是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，分別達到 1675m Ah/g和2600Wh/kg，遠遠高于商業上廣泛應用的鈷酸鋰電池的容量（<150mAh/g）。它在放電過程中，以s完全還原為Li:s計算，相應的電化學氧化還原方程式為：

16Li+S₈=8Li₂S

此外，由于單質硫在地球中儲量豐富，而且價格低廉、無毒，因此鋰硫電池還具有價格低廉、環境友好等特點，被認為是很有發展前景的二次電池體系，目前有關硫電極的材料與電化學可逆性能的研究已成為目前高能化學電源探索的熱點之一。

鋰硫電池工作原理圖

但是鋰硫電池至今未得到廣泛商業化也有其原因。首先電池的正極易鈍化，單質S₈為絕緣物。在25℃下，S₈的電導率為5×10^-30 S／cm，放電終產物Li₂S或Li₂S₂也是絕緣物質，都容易使電極鈍化，降低活性物質的利用率；其次，電池的容量衰減較快，在電池放電過程中，會生成極易溶于電解液的多硫化鋰(Li₂S_n)。Li₂S_n會隨著電解液向負極表面擴散，進而腐蝕鋰片表面，造成容量衰減；同時，Li₂S_n溶解在電解液中，在正、負極之間來回穿梭，形成所謂的“飛梭效應”，使電池庫侖效率下降、循環性能降低；此外，在放電的過程中，單質硫會產生很大的體積變化，造成電池性能下降。

那么要如何解決這個問題呢？這時候我們熟悉的炭材料就派上用場了。來自福州大學化學學院，研究方向為固體電解質材料及其化學電源的劉景東副教授提出，可利用粉狀炭材料——特別是竹炭來有效分散多硫化鋰通過歧化反應產生的沉積硫，以減輕正極的鈍化。

負載有硫化錳(MnS)的竹炭(BC)復合材料MnS@BC、負載S的BC復合材料S-BC和負載S、MnS的Bc復合材料S-MnS@BC

如果您想了解這項技術，請務必關注粉體圈即將在11月10日15:00上線的在線直播課程！屆時，劉博士將在直播平臺上與大家分享相關研究成果，一起討論歧化反應、硫載量對電池性能的影響。最重要的是，他還會在直播中指出提高鋰硫電池容量達到4mAh/cm²的實現策略，包括優化電解液配方，使用修飾的雙層電池隔膜等，為鋰硫電池的實用化指明方向！

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在線分享主題：中空粉體炭材料及其在鋰硫電池上的應用

主講人：劉景東 博士、副教授 福州大學

時間：2022年11月10日 15:00-16:00

關于報告人

劉景東，男，1970年8月生日，福州大學化學學院，副教授，研究方向：固體電解質材料及其化學電源，博士論文主要從事聚合物固體電解質的合成及其性能研究。從2007年起從事鋰硫電池用正極材料的研究工作，對鋰電池的研究工作已持續十余年時間，擅長進行鋰電池用聚合物固體電解質的合成的研究工作。參加過固體電解質材料，礦物快離子導體的研究工作，開發了以含水凝膠為正極活性物質的全固態電池，獲得一項發明專利。現主要從事關于鋰硫電池及含硫正極材料的相關研究工作。 

珠海新能源論壇會務組

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