我国也将锂硫电池体系作为下一代电池技术的突破点， 并取得了一系列研究 成 果 ，主 ［４－６］ 要 研 究 单 位 有 中 国 科 学 院 上海微系统与信 息 技 术 研 究 所、哈 尔 滨 工 业 大 学、上 海 交 通 大学和防化研究院等。但该电池体系还存 在 一 定 缺 陷，如 可

逆性差等，限制了它的商业应用。本 文 从 正 极 材 料、电 解 质、 锂负极保护等方面介绍了近年来改善锂硫电池性能的研究 方 案 ，并 提 出 今 后 重 点 研 究 的 方 向 。
锂 硫 电 池 性 能 改 善 研 究 进 展／李 娜 等
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锂硫电池性能改善研究进展＊
李 娜１，李 景 印１，李 昌 家２，郭 玉 凤３
（１ 河北科技大学理学院，石家庄 ０５００１８；２ 河北科技大学化学与制药工程学院，石家庄 ０５００１８； ３ 河北科技大学环境科学与工程学院，石家庄 ０５００１８ ）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌｉｔｈｉｕｍ ｓｕｌｆｕｒ ｂａｔｔｅｒｙ，ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｐｒｏｇｒａｍｍｅ
０ 引 言
近年来，随着电动 车 和 高 端 移 动 电 子 设 备 的 发 展，电 池 用量逐渐增多，尤 其 是 轻 便、高 能 量 密 度 且 环 保 的 二 次 电 池 更受到人们的关注。传统的锂二次电池比能量虽然已达到 ２５０Ｗｈ／ｋｇ［１］，但容量相 对 较 低、安 全 性 能 差、密 度 大 等 不 足 制约了其进一步发展，因此人们将目光转向新的 高 能 量 密 度 电极材料体系如锂硫电池体 系。研究发现，单 质 硫 发 生 氧 化 还原反应时是双电子 得 失，理 论 比 容 量 为 １６７２ｍＡｈ／ｇ，远 高 于传统锂离子电池，且存在２．４Ｖ 与 ２．１Ｖ 两 个 电 压 平 台，被 认为是最具潜力的新型储能材料，锂硫电池理论 比 能 量 可 达 到２６００Ｗｈ／ｋｇ［２，３］。此外，单 质 硫 在 自 然 界 储 量 丰 富 且 对 环 境友好，使其具有 极 大 研 发 价 值。 目 前，美 国 和 日 本 已 斥 资 资助锂 硫 电 池 的 研 究，并 已 有 产 品 问 世，如 美 国 Ｓｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ 公司的产 品 比 能 量 可 达 ３５０Ｗｈ／ｋｇ，相 当 于 锂 离 子 电 池 的 １．５ 倍 ，他 们 还 计 划 将 其 比 能 量 提 高 至 ５００Ｗｈ／ｋｇ。
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｓｕｌｆｕｒ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
ＬＩ Ｎａ１，ＬＩ Ｊｉｎｇｙｉｎ１，ＬＩ Ｃｈａｎｇｊｉａ２，ＧＵＯ Ｙｕｆｅｎｇ３
（１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１８；２ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１８；３ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１８）
１ Ｌｉ／Ｓ 电 池 实 用 化 存 在 的 瓶 颈 问 题
Ｌｉ／Ｓ电池体系主要由硫正极、电解液、锂负 极 构成，其中 硫正极由单质硫、导 电 剂 和 粘 合 剂 组 成。 硫 正 极 与 电 解 液、 锂负极、添加剂等的匹配性和相合性决 定 了 电 池 的 性 能。目 前将 Ｌｉ／Ｓ电池商业化的瓶颈问题 主 要 有：（１）硫 材 料 本 身 的 缺陷，即单质硫电导率极低，需添加导电剂（如 乙 炔 黑），这 势 必会降低活性物 质 的 比 例 致 使 正 极 能 量 密 度 降 低；（２）电 池 充放电过程的难控性导致其循环寿命 低，可 逆 性 差。其 主 要 原因是充放电过程中产生的多硫化物溶解在 电 解 液 中，并 迁 移聚集形成大块硫晶体，这些大块硫晶体穿梭 在 电 解 液 中 最 终成为死硫而阻止反应，且一些聚硫离子还会 扩 散 到 锂 负 极 形成不可溶 Ｌｉ２Ｓ覆盖在载体（如碳载体）骨架上，使电池内 阻 增加，容量快速衰 减。 此 外，硫 正 极 充 放 电 时 的 体 积 膨 胀 和 收缩导致电极结构不稳 定 也 造 成 电 池 容 量 的 衰 减 。 ［７］ 因 此， 近年来研究的热点主要集中在保证硫正极的稳定性及对锂 负极进行保护，如采 用 正 极 包 覆 添 加 改 性［８］、材 料 复 合［９］、胶
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｌｉｍｉｔ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ ｓｕｌｆｕｒ ｂａｔｔｅｒｙ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ， ｓｕｃｈ ａｓ ｌｏｗ ｓｕｌｆｕｒ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｒｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｌｉ２Ｓ，ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｔｈｏｄｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒ－ ｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｌｉ／Ｓ ｂａｔｔｅｒｙ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗ：ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｌｆｕｒ ｃａｔｈｏ－ ｄｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｌｆｕｒ／ｃａｒｂｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｂｉｎｄｅｒ，ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ ａｎｏｄｅ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｌｉｔｈｉｕｍ ｓｕｌｆｕｒ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
摘要 介绍了影响锂硫电池实用化的瓶颈问题，如硫利用率低、不可 逆 Ｌｉ２Ｓ形 成、硫 正 极 结 构 不 稳 定 等 ；综 述 了性能改善方案，如硫正极改性、Ｓ／Ｃ 复合、合适的粘结剂、胶体电解质及锂负极保护等；最 后 提 出 了 今 后 重 点 研 究 的 方向。
关 键 词 Ｌｉ／Ｓ电池 瓶颈问题 改善方案