典名科技分享：锂硫电池发展所面临的问题

　　聚集如此多世纪难题于一身的锂空电池，其可行性可以说已经非常渺茫了。再看锂硫电池，其负极采用金属锂、正极采用硫，硫的容量非常高，达到1600毫安时/克，这也是大家为什么研究它的原因。

　　但锂硫电池也有不少痛点，首当其中的就是电极循环性能差。硫电极放电的时候不是直接生成硫化锂，而是逐步被还原，伴随多硫化锂中间产物的生成;多硫化锂会溶解在电解液中，发生溶解流失。溶解的多硫化锂一方面会扩散到负极还原、再在正极氧化，产生穿梭效应，导致低库伦效率和高自放电;另一方面，溶解的多硫化锂在充电过程中还会在正极表面优先沉积，导致电极因表面孔堵塞而失活，因此，电极循环性能很差。

　　目前，科研界的方法，是用多孔碳材料去阻挡、去吸附多硫离子，减少它的溶解流失。这种策略在学术上看似很有效，但实际作用非常有限。两者的主要区别在于实验室的研究工作都是基于很小的扣式电池，电极很薄、硫负载量不高，总的硫量大约在几个毫克级;而实际电池的硫含量较大(克级)，且电极很厚、单位硫载量很高。

　　锂硫电池的第二个问题是锂负极的可充性，这也是难以短时间解决的问题。电化学反应必须包含几个串联的过程，第一个过程是反应物从本体溶液向电极表面的传输，称之为液相传质;第二个过程为反应物在电极表面得到或失去电子，形成产物的过程，称之为电化学反应步骤。哪个速度慢，电极反应就受哪个步骤控制。

　　对于锂电极来说，其电子交换过程非常快，因此液相传输是其反应控制步骤，也就是将锂离子从溶液本体传输到电极表面这一步相对慢。这就带来了一些问题，液相传递实际上是受对流影响的，只要有重力，就会存在对流，而电极表面每一点的对流速度并不相同，因此，每一点的反应速度也就不同。哪个地方长的快，锂离子的传输距离就越短，锂的沉积速度就越来越快，这就是锂枝晶生长的原因。

　　当然，正负极之间的距离不一样，电流的分布也就不一样，这也是导致锂枝晶生长的重要原因。显然，这些因素在实际电池中是很难避免的，因此，枝晶生长引起的锂的可充性问题不能说没有办法，而是目前还很难找到有效的方案。

　　第三个问题就是锂硫电池的体积能量密度比较低，可能仅与磷酸铁锂电池相当。因为硫是绝缘体，让它导电、让它反应、让它分散，就必须采用大量高比表面的碳，导致硫/碳复合材料的密度非常小;此外，硫的反应是先溶解再沉积，所以电极上必须存在大量的液相传输通道。

　　而现在大部分锂硫电池硫电极极片是不能压的，涂的什么样的就什么样，孔隙率特别高，所以其体积能量密度非常低。对于车来说，特别是乘用车来说，当能量密度达到一定值后，体积能量密度就更为重要了，因为乘用车没有那么多地方装电池。所以从这个意义来讲，至少在车用动力领域，锂硫电池是没有什么希望的。

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