新型锂硫电

1. 锂硫电池中shuttle effect是什么意思

Shuttle Effect 也叫穿来梭效应，指的是在充自放电过程中，正极产生的多硫化物 (Li2Sx) 中间体溶解到电解液中，并穿过隔膜，向负极扩散，与负极的金属锂直接发生反应，最终造成了电池中有效物质的不可逆损失、电池寿命的衰减、低的库伦效率。
为了一直穿梭效应，主要是在正极用高比表面积的具有孔结构的载体（如石墨烯、碳管等）对硫和多硫化物进行物理吸附和禁锢，再进一步的是对载体进行化学修饰，修饰上活性位点，以实现化学吸附。

2. 用元素分析能比较准确地测定l锂硫电池正极材料的硫含量吗

克服锂/硫电池极材料单质硫导电性差、放电产物部溶解导致电池性能降等问题,主链回导答电、侧链储能思路,设计并探索种新型极材料硫化碳炔. 通元素析、^13C NMR谱、Raman光谱及热析测试技术含碳炔结构碳材料与单质硫同温度共热产物进行表征. 结证明,300 ℃所产物数硫硫链形式化合sp^2杂化碳主链,接近理想硫化碳炔结构. 该材料放电容量高,电流性能(400 mA/g电流密度放电比容量773 mA·h/g),循环性能较(50循环,具350 mA·h/g容量),证明材料设计思路行

3. 锂硫电池的比容量是多少

电池的容量计算公式为=26.8n/M（Ah/g），在锂硫电池中一般只算正极材料，S变成S2-，带入公式n=2，M=32，结果为1675mAh/g。

锂硫电池是基于电化学反应的基础上的一类二次电池。锂硫电池不像锂离子电池一样是简单的脱嵌锂离子的过程，而是一个电化学反应过程。

锂硫电池发生了固态－液态－固态转变，这也是锂硫电池更具挑战性的原因之一，锂硫电池放电工作中正极会产生大量副产物。

单质硫及反应和产生的硫化物电子导电性差，导致内阻增加，不利于电池的高倍率性能。

同时，在充放电过程中，硫的体积会发生膨胀变化，这会导致电极内部结构塌陷，大量活性物质丧失。

另外，产生的一系列硫化中间产物容易溶解于电解质当中，产生的硫离子扩散到负极端，腐蚀负极金属锂电极。

最后，金属锂电极还会向外接枝生长，回导致电池短路以及严重的安全问题。

(3)新型锂硫电扩展阅读：

锂硫电池以硫为正极反应物质，以锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。

在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。根据单位质量的单质硫完全变为S2－所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675mAh／g，同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860mAh／g。

锂硫电池的理论放电电压为2．287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂（Li2S）时。相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600Wh／kg。

4. 锂硫电池中，能量密度达2600Wh/kg怎么算来的

这里电压是按2.2V计算的，如果按2.28V计算会更高

补充：理论放电电压可以按照化学能完全转化为电能进行理论计算

5. 锂硫电池为什么不是锂离子电池

锂硫电复池是锂电池的一制种，截止2013年尚处于科研阶段。锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量（<150mAh/g）。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池。

供参考。

6. 锂硫电池的存在的问题

锂硫电池主要存在三个主要问题：1、锂多硫化合物溶于电解液；2、硫作为不导电的物质，导电性非常差，不利于电池的高倍率性能；3、硫在充放电过程中，体积的扩大缩小非常大，有可能导致电池损坏
锂硫电池存在的问题主要有
第一、单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10-30S·cm-1)，反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能
第二、为锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中,增加电解液的黏度，降低离子导电性。多硫离子能在正负极之间迁移，导致活性物质损失和电能的浪费。（Shuttle效应）。溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极,与负极反应,破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。
第三、锂硫电池的最终放电产物Li2Sn(n=1~2)电子绝缘且不溶于电解液,沉积在导电骨架的表面;部分硫化锂脱离导电骨架,无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物,造成了容量的极大衰减。
第四、硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g·cm-3,在充放电过程中有高达79%的体积膨胀/收缩,这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变,导致硫与导电骨架的脱离,从而造成容量的衰减;这种体积效应在纽扣电池下不显著,但在大型电池中体积效应会放大,会产生显著的容量衰减，有可能导致电池的损坏，巨大的体积变化会破坏电极结构
第五、锂硫电池使用金属锂作为负极,除了金属锂自身的高活性,金属锂负极在充放电过程会发生体积变化,并容易形成枝晶。
第六、锂硫电池实验室规模的研究开展较多,单位面积上硫载量一般都在3.0mg·cm-2以下,开展高负载量极片的研究对于获得高性能锂硫电池具有重要价值。

7. 锂硫电池 硫不跟铝集流体反应吗

这个问题很有意思。
我专门查了一些铝硫电池以及一个说Al能反应的文章。但是实版际上我认为是不能的。
首先权，Al的腐蚀电位在3V以上，在常用的锂硫电池电解液中，Al离子是不能溶解的。S和Al3+生成Al2S3的电位在1V左右，也不在通常的测试电压范围内。从这个角度上来说，Al不能变成离子和S反应。
而S倒是有可能沉积到Al表面，和Al进行固固反应。但是这个固固反应扩散应该是非常之满，基本上只能反应一薄层。
不过最近有一篇AFM非说Al和S反应，不过里面给的证据并不充足。在实际电池中，也几乎观察不到Al表面有腐蚀的现象。
另外，如果Al会和S反应，锂硫电池都做这么多年了，肯定早就有人发现了。

8. 锂硫电池属于锂离子电池吗

锂硫电池是锂电池的一种，截止2013年尚处于科研阶段。锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量（<150mAh/g）。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池。
中文名：锂硫电池
比容量：高达1675mAh/g
电池正极： 硫元素
电池负极：金属锂

锂硫电池以硫为正极反应物质，以锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。根据单位质量的单质硫完全变为S2-所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675 mAh/g，同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860 mAh/g。锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂（Li2S）时。相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600 Wh/kg。

硫电极的充电和放电反应较复杂，截止2013年对硫电极在充电和放电反应中产生的中间产物还没有明确的认识。锂负极与硫正极的充放电反应如式（1-1）至式（1-4）所示，硫电极的放电过程主要包括两个步骤，分别对应两个放电平台。式（1-2）对应S8的环状结构变为Sn2-（3≤n≤7）离子的链状结构，并与Li+结合生成Li2Sn，该反应在放电曲线上对应2.4—2.1V附近的放电平台。式（1-3）对应Sn2-离子的链状结构变为S2-和S22-并与Li+结合生成Li2S2和Li2S，该反应对应放电曲线中2.1—1.8V附近较长的放电平台，该平台是锂硫电池的主要放电区域。Yuan Lixia等人研究了锂硫电池中硫正极的电化学反应过程。他们认为放电时位于2.5—2.05V电位区间对应单质硫还原生成可溶的多硫化物及多硫化物的进一步还原，位于2.05—1.5V电位区间对应可溶的多硫化物还原生成硫化锂固态膜，它覆盖在导电碳基体表面。充电时，硫电极中Li2S和Li2S2被氧化S8和Sm2-（6≤m≤7），并不能完全氧化成S8，该充电反应在充电曲线中对应2.5—2.4V附近的充电平台。

9. 锂硫电池的前景如何，国内外电池的发展趋势又是怎样

锂硫电池与现在市场比较主流的磷酸铁锂电池相比，有着许多明显优势，内具有电容池能量密度大，造价低的特点，是新能源车用动力电池的理想选择。理论上锂硫电池的性能会非常先进，但是将理论变成现实产品还是有非常大难度。