碳纳米管串联金属有机框架衍生物作为硫载体在锂硫电池中的应用研究文献综述

 2023-04-27 17:43:02

文献综述

文 献 综 述金属有机框架衍生碳材料作为硫载体在锂硫电池其中的应用贾忱灿 能源科学与工程学院现如今，锂离子电池已经在便携式电子设备、消费电子品、电动车等领域大规模应用。

然而，随着市场快速发展，国家对新型绿色能源发展的大力鼓励与扶持，现有的锂离子电池在能量密度等方面已经难以满足人们急剧增长的能源需求，开发下一代高能量密度电池体系成为当前的重点研究方向。

锂硫电池因具有能量密度高、硫成本低廉和环境友好等优点而被视为最有望替代锂离子电池的下一代高性能电池体系之一。

1. 锂硫电池1.1. 锂硫电池组成与工作原理锂硫电池是以硫元素作为电池正极、以锂金属作为负极的一种电池体系，具有较高的理论比容量（1675mAh/g）、高能量密度（2600Wh/kg）[1-2]和硫成本低廉且环境友好等显著优点。

锂硫电池的结构类似于锂离子电池，由正极、负极、隔膜和电解液等几个部分组成（见图1（a））[3]。

由锂硫电池典型充放电曲线（见图1（b））[3] 。

图 1锂硫电池电化学原理图及典型充放电电压分布图[3]1.2. 锂硫电池存在的问题虽然锂硫电池在高比能电池中显示出较大的应用潜力，但是当前锂硫电池的实际应用仍然受限于以下几个问题。

[4-7](1)硫电极在放电过程中产生多种聚硫化锂中间产物易溶 于电解液，导致电极活性物质的溶解流失，从而造成硫电极的 循环稳定性差；(2)无论是单质硫还是硫化锂都是绝缘体，导电性差，不利于电池的高倍率性能；(3)单质硫和锂负极在电化学反应时会发生相应的体积收缩和膨胀，导致正负极体积反复发生变化，有可能导致电池的损坏；(4)溶解的聚硫化锂在正极与负极之间发生氧化还原穿梭反应，会引起有效活性物质在正极的损失、使充电过程的库仑效率降低以及出现自放电现象；(5)金属锂电极由于其化学活性，充放电过程形成枝晶与死锂，体积变化巨大，SEI层反复形成破裂，消耗电解液的溶剂，导致电池失效。

其中聚硫离子的氧化还原穿梭反应造成的离子短路，导致锂硫电池自放电及库仑效率降低，并且其放电产物Li2S和Li2S2沉积在阴阳电极表面，导致电池的充放电容量急剧降低，是锂硫电池至今未能商业化的主要问题之一。

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