聚合物电解质固态锂硫电池的发展前景

在科学技术高度发达的今天，各种各样的高科技出现在我们的生活中，为我们的生活带来便利，那么你了解这些高科技可能会含有的固态锂硫电池吗?固态锂硫电池中通过固态电解质代替传统液态电解质，有望同时解决多硫化物溶解和穿梭、锂枝晶生长、锂硫电池安全性差等重要科学和技术难题。然而固态电解质存在室温电导率低、电解质/电极界面相容性差等缺点，阻碍了固态锂硫电池商业化发展。

自成立以来，锂离子电池(LIB)迅速取得了巨大的商业成功，并在便携式二次中小型电池领域占据了绝对的市场优势。这是由于它们的高放电电压，高能量密度和功率密度。具有高，体积小，重量轻等诸多优点。在过去的20年中，尽管锂离子电池的比能量和比容量有所提高，并且电子产品的尺寸和重量逐渐小型化，但它们仍不能满足快速上升的市场需求。因此，锂离子电池的发展遇到了瓶颈。

未来，电动汽车用锂离子电池的能量密度必须至少达到500Wh/kg，但是当前大型实用锂离子电池的能量密度远未达到该目标。显着提高能量密度的有效方法是用锂金属代替传统的碳基负极材料。金属锂具有低密度(0.59g/cm3)，高理论比容量(3860mAh/g)和低标准电极电势(-3.04Vvs.H+/H2)等优点，因此是理想的能源负极材料贮存。

电解质是锂硫电池的核心成分。然而，基于液体电解质的锂硫电池仍存在许多科学技术问题，包括：①锂硫电池具有较高的比能和较高的工作电流密度，而液体电解质具有热稳定性。性能和化学稳定性差，易分解，影响速率和循环性能;②多硫化物严重溶解并混入液体电解质中，导致活性物质损失和锂阳极界面损坏，降低了电池容量和库仑效率;③液体电解质容易泄漏，燃烧甚至爆炸。

但是，多硫化物易于溶解在液体电解质(LE)中，通过膜孔扩散到负极，并在锂金属表面上还原为Li2S2和Li2S，导致活性材料损失和界面破坏。目前，解决多硫化物的穿梭效应的两种最常用的方法[8]包括：①通过多孔碳材料与硫的结合，提高多硫化物的吸附和密闭使用;②在隔膜和硫电极之间构筑阻挡层，阻止多硫化物向负电极扩散。尽管上述方法可以有效地改善锂硫电池的循环稳定性，但仍不能完全抑制多硫化物的穿梭用途，而上述组分的引入显着降低了系统中的硫含量，从而降低了能源消耗。电池的密度严重受影响。

近年来，用于锂硫电池的全固态电解质的研究逐渐扩大，例如基于聚环氧乙烷(pEO)的聚合物电解质，玻璃陶瓷电解质(Li2S-p2S5)和快速离子导体(LISICON)。然而，所有固态锂硫电池仍然面对着巨大的挑战，即低离子电导率(10-6〜10-8S/cm)和高电极/电解质界面阻抗。近年来，使用固体聚合物电解质(SpE)解决锂硫电池中多硫化合物的穿梭效应引起了人们的极大关注。固体聚合物电解质具有良好的机械性能和成膜性能等一系列优点，并且易于与锂金属形成稳定的界面。

另外，具有足够高模量的聚合物可以防止锂树枝状晶体的形成。固体聚合物电解质的聚合物基体重要包括聚偏二氟乙烯(pVDF)，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(pVDF-HFp)，聚甲基丙烯酸甲酯(pMMA)和pEO。在这些聚合物中，pVDF-HFp中的氟很容易被硫和多硫化物取代，从而形成硫醇和硫化的不饱和聚合物。因此，许多研究人员开始研究更稳定的聚合物，例如pEO和聚乙二醇(pEG)。然而，固体聚合物电解质在锂硫电池中的应用也受到其低离子电导率(10?7〜10?8S/cm)的限制。

对高能量密度电池的迫切需求以及对电池安全性问题的关注使其成为使用固体电解质代替锂硫电池中传统液体电解质的必然发展趋势。理想的锂硫电池固体电解质应满足：①良好的机械性能;②具有与液体电解质相当的锂离子传导率;③与电极接触具有良好的化学稳定性和界面相容性;④抑制多硫化物离子穿梭等综合性能，超高安全性。

以上就是固态锂硫电池的一些值得大家学习的详细资料解析，希望在大家刚接触的过程中，能够给大家一定的帮助，假如有问题，也可以和小编一起探讨。