我们相信随着研究的深入，锂硫电池在新能源领域将扮演着越来越
重要的角色。
常见的新型可再生能源
价格（$/kWh-1）： 已商业化 正在发展中 研发中
能量密度
二氧化碳排放量与年份的关系
常见储能系统的能量密度与价格对比图 Nature materials 11.1 (2012): 19.
பைடு நூலகம்
锂硫电池简介
正极活性物质为单质硫，负极活性物质为金属锂；
锂离子与单质硫经过多步反应形成硫化锂或二硫
子的交换，因此这就造成了反应动力学十分缓慢。进一步的，有人提出
在多孔导电碳上修饰可促进多硫化物分解的材料，这样多硫化物吸附在 上面之后可以直接原位进行电化学转化，促进了反应动力学的进行，进 一步提高了电池的性能。
Nature Materials volume 9, Article number: 4082 (2018)
锂硫电池正极材料合成概述
报告人：
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1
背景
目 录
CONTENTS
2 研究结果和讨论
3 总结
背景
传统化石燃料的缺点
燃烧时会产生各种有害气体，造成严重的大气
污染； 化石燃料在地球上的储量十分有限。
新型可再生能源面临的阻碍
能量储存系统的能量密度、功率密度、循环寿 命等性能还需进一步的提升。
化锂。 优点： 能量密度高； 材料来源丰富，成本低廉。 缺点： 反应的中间产物易溶于电解液，会穿梭至负极， 造成正极活性物质逐步减少（穿梭效应）； 硫的导电性较差，导致锂硫电池快速充放电能
力较差；
硫在充放电过程中体积膨胀率较大。
不可溶
可溶于电解液
不可溶
锂硫电池结构与反应机理示意图
蛋黄-蛋壳结构的S/聚苯胺纳米球
Journal of the American Chemical Society，2013，135(44): 16736-16743.
方法二：利用金属氧化物化学吸附多硫化物
碳材料对多硫化物的吸附作用属于较弱的物理吸附作用；与 此相对的，金属氧化物中氧离子和金属离子分别是明显的负电中 心与正电中心，二者之间有很强的极化作用。这可以导致金属氧 化物和多硫化物之间产生很强的化学吸附作用，因而可以有效抑 制多硫化物在电解液中的穿梭，从而提升锂硫电池的容量和循环 性能。
关键问题：如何设计合成性能优良的硫正极材料
研究结果与讨论
方法一：利用多孔碳或者导电聚合物物理吸附多硫化物
近年来，各国的研究者为了解决上面提到的问题，做出了很
多努力，提出并设计了许多的方法，其中应用最广泛的方法就是
将 硫包裹进多孔碳材料的空洞或者导电聚合物的框架中，这在一 定程度上通过结构限制与物理吸附作用抑制多硫化物的穿梭效应，
缓冲体积膨胀，同时可以提高电极材料的导电能力。
硅纳米球
被多孔碳（沥青碳化）包裹的 硅纳米球
多孔碳空心纳米球
多孔碳空心纳米球/单质硫
Angewandte Chemie International Edition 50.26 (2011): 5904-5908.
单质硫纳米球 壳核结构的S/聚苯胺纳米球
Joule 3, 1–13, February 20, 2018
总结
可以看出，锂硫电池正极材料的发展过程中，如何促进多硫化中 间产物的转化是人们普遍关注的问题。研究过程中，经历了一个从 多孔碳的物理吸附到过渡金属化合物的化学吸附，再到关注提高多 硫化物的转换动力学的过程。在这个发展过程中各式各样的材料大 放异彩，与此同时对应的材料合成方法与技术提供了重要的支撑。
单质硫纳米颗粒
蛋黄-蛋壳结构的S/TiO2纳米颗粒
壳核结构的S/TiO2纳米颗粒
Nature communications 4 (2013): 1331.
方法三：利用导电性较好的材料原位加速多硫化物的分解
由于金属氧化物本身导电性比较差，吸附在上面的多硫化物要想进 行下一步的电化学转化，必须扩散到周围的导电碳上与电极材料发生电