鋰離子電池（LiCo02）是單(dan)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)脫嵌，而鋰(li)(li)(li)硫(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池是8電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)氧化(hua)還(huan)原，因而鋰(li)(li)(li)硫(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池有(you)是鋰(li)(li)(li)離子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池7-8倍(bei)容(rong)量的理論。盡管(guan)聚(ju)合(he)物鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)池已經廣泛應用于3C產品，但是由(you)于能量密度，也就(jiu)是容(rong)量續航能力(li)有(you)限，需(xu)要經常充電(dian)(dian)(dian)(dian)，是一(yi)件比(bi)較麻煩的事(shi)情。最(zui)為(wei)直(zhi)觀的感受就(jiu)是，換了智(zhi)能手(shou)機之后，大(da)家是每(mei)天充電(dian)(dian)(dian)(dian)，甚(shen)至(zhi)充電(dian)(dian)(dian)(dian)寶不離手(shou)的狀態。當今社會需(xu)要一(yi)種低成本，無污染，性能穩(wen)定，比(bi)容(rong)量大(da)，能量密度高的新型鋰(li)(li)(li)離子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池滿足更長的續航需(xu)求(qiu)和更快的充電(dian)(dian)(dian)(dian)速度。

鋰(li)硫(liu)電(dian)(dian)池(chi)發展史(shi)：鋰(li)離子電(dian)(dian)池(chi)有30多年的(de)歷史(shi)，而鋰(li)硫(liu)電(dian)(dian)池(chi)更年輕。1962年，Herbet和Ulam首次提出使用硫(liu)作為正極(ji)材料，以堿性(xing)高氯(lv)酸鹽為電(dian)(dian)解(jie)質。

早期(qi)鋰硫(liu)體(ti)系作為一次電池(chi)被(bei)研究，甚至還一度商業化生產，但后來(lai)被(bei)可充電電池(chi)取代擱置。2009年Linda F.Nazar在Nature Materials 上提(ti)出關(guan)于鋰硫(liu)二次可充放電池(chi)，并用CMK-3實現了(le)1320mAh/g的高比容量。自(zi)此鋰硫(liu)電池(chi)真(zhen)正開啟(qi)了(le)發展篇章。

鋰硫(liu)電(dian)(dian)池(chi)原理(li)：鋰硫(liu)電(dian)(dian)池(chi)正極為(wei)(wei)硫(liu)或含硫(liu)材料(liao)，負極為(wei)(wei)鋰。平均電(dian)(dian)壓(ya)2.1V，理(li)論上鋰硫(liu)體(ti)系(xi)（Li-S）具有1672mAh/g的(de)(de)比(bi)(bi)容量(liang)，2600Wh/kg的(de)(de)能量(liang)密(mi)度，是(shi)(shi)(shi)傳(chuan)統商業化(hua)(hua)以(yi)LiCo02為(wei)(wei)正極的(de)(de)鋰離子電(dian)(dian)池(chi)（理(li)論比(bi)(bi)容量(liang)273.8mAh/g，能量(liang)密(mi)度360Wh/kg）7倍左(zuo)右(you)。相比(bi)(bi)普通鋰離子電(dian)(dian)池(chi)，鋰硫(liu)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)本質(zhi)不(bu)(bu)是(shi)(shi)(shi)簡單(dan)的(de)(de)鋰離子脫嵌，而(er)是(shi)(shi)(shi)伴隨(sui)著大量(liang)中(zhong)間產物的(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)還原過(guo)(guo)程(cheng)。鋰硫(liu)放(fang)電(dian)(dian)電(dian)(dian)池(chi)放(fang)電(dian)(dian)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，單(dan)質(zhi)硫(liu)從環狀(zhuang)S8開環與(yu)Li反(fan)應，由(you)長鏈Li2S8向短(duan)鏈Li2S轉化(hua)(hua)的(de)(de)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)伴隨(sui)著兩個(ge)明(ming)顯的(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)平臺，高(gao)電(dian)(dian)勢放(fang)電(dian)(dian)平臺為(wei)(wei)2.45V—-2.1V，該(gai)過(guo)(guo)程(cheng)可認(ren)為(wei)(wei)大量(liang)S8向S42-轉化(hua)(hua)，而(er)低電(dian)(dian)勢放(fang)電(dian)(dian)則為(wei)(wei)2.1V—1.7V，此過(guo)(guo)程(cheng)為(wei)(wei)大量(liang)S42-轉化(hua)(hua)為(wei)(wei)S22-與(yu)S2-。另一(yi)方面，不(bu)(bu)同的(de)(de)轉化(hua)(hua)程(cheng)度也對應著不(bu)(bu)同的(de)(de)電(dian)(dian)容量(liang)。

放電反應方程如下：

正極：S8+16Li+e-→8Li2S

負極：Li→Li++e-

總反應(ying)：2Li+nS→Li2Sn→Li2S

普通鋰(li)(li)離子(zi)電(dian)池是(shi)(shi)單電(dian)子(zi)脫嵌，鋰(li)(li)硫(liu)電(dian)池是(shi)(shi)8電(dian)子(zi)氧化還原，因而有7-8倍的(de)理論容量和能(neng)量密度。與傳統鋰(li)(li)離子(zi)電(dian)池相似，鋰(li)(li)硫(liu)電(dian)池由正極，負極，隔膜(mo)，電(dian)解(jie)質和隔膜(mo)組成。因此鋰(li)(li)硫(liu)電(dian)池被認為是(shi)(shi)目前最(zui)有希望替代傳統鋰(li)(li)離子(zi)電(dian)池，成為新一代的(de)儲能(neng)設備的(de)新能(neng)源。

硫正(zheng)極材料(liao)是制約鋰硫電池發(fa)展和應用(yong)的關鍵(jian)因素，因此(ci)我(wo)們重點(dian)關注(zhu)硫正(zheng)極。目(mu)前，鋰硫體系的硫正(zheng)極也存(cun)在幾個問題需要解決：穿梭效應，導電性差，體積膨脹。

1、放電(dian)過(guo)程中多硫(liu)化(hua)物溶解（Li2Sx，3＜x＜8），產生復(fu)雜(za)的歧(qi)化(hua)反(fan)應(ying)，發生“穿梭(suo)效應(ying)”，造成大量自(zi)放電(dian)，庫倫效率和循環性(xing)能降低，出現不(bu)可逆容量衰減(jian)；

2、單質硫與放電產物硫化鋰的電導率低，S電導率（5×10^-30S/cm，25℃），Li2S/Li2S2電導率（~10^-30S/cm），造成硫的利用率只有50-70%左右(you)。

3、而且(qie)從斜方晶系α-S（ρ1=2.03g/cm3）轉化為反螢石(shi)結(jie)構的Li2S（ρ2=1.66g/cm3），體積膨(peng)脹大(da)，破壞電極結(jie)構，影響了循環穩定(ding)性