鋰硫電池的性能受電解液的影響嗎

來(lái)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(shí)產(chǎn)生的多硫化鋰易溶于電解液，導(dǎo)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(xué)、電化學(xué)穩(wěn)定性和較高的電導(dǎo)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(qiáng)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(lái)越廣泛了，但是有時(shí)候它的循環(huán)穩(wěn)定性卻不盡如人意，科學(xué)家們通過(guò)對(duì)其電解液的成分開(kāi)展研究后終于找到了這個(gè)問(wèn)題的答案。

　　為了確定電解液對(duì)鋰硫電池的影響，研究團(tuán)隊(duì)利用LiTFSI和LiFSI做相關(guān)實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)室里的設(shè)備不斷地測(cè)試電池充放電的能量，最后對(duì)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(dāng)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(shí),則形成硫酸鋰(LiSOx)。通過(guò)計(jì)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(kāi)的，因此硫酸鋰當(dāng)中的氧元素是罪魁禍?zhǔn)住?/span>

　　對(duì)于鋰硫電池這樣一個(gè)液相電化學(xué)體系而言，除了電解液的種類以外，電解液的量也會(huì)對(duì)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(huì)提高多硫離子溶液的粘度，從而導(dǎo)致電導(dǎo)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(shí)在首圈放電過(guò)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(rèn)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(duì)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(guò)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(jià)值。

　　更為重要的是，鋰硫電池的正極活性物質(zhì)（單質(zhì)硫）價(jià)格低廉、來(lái)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?chǔ)能體系之一。目前，美國(guó)、日本及歐洲的許多發(fā)達(dá)國(guó)家政府都在大力支持鋰硫電池的技術(shù)開(kāi)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(dǎo)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(duì)Ｌｉ＋具有很好的傳導(dǎo)性外，還需能夠抑制硫的溶解擴(kuò)散。

　　據(jù)研究發(fā)現(xiàn)：大體積陽(yáng)離子的鋰硫電池電解液，并證實(shí)其能夠有效提高多硫化物穩(wěn)定性，延長(zhǎng)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(shì)，是國(guó)際儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。