分析锂硫电池的优缺点

2020-12-27      5161 次浏览

利与弊


这里的优点和缺点并不是特别容易总结的,因为它们仍然处于实验阶段……列出两个归纳方面。


的优势


1)理论容量大,幻想空间大;


2)信息获取方便,价格低廉,决定了商业产品价格低廉;


缺点是,由于批量生产的间隔相对较远,自然重大缺点,仅归纳为四点。


1)电极与电解液相互呼应,简单构成高电阻率、低库仑功率的界面材料;


2)放电过程中生成的产物硫化锂是绝热不溶的,反应过程中含有不可逆成分,循环功能差;


3)锂电极产量的微小变化会导致电池所有功能的改变,并且有很多不可控的因素;


4)存在持续效应,自放电率很大。


3个锂硫电池的问题


锂硫电池技术已经存在了很长时间,但由于种种原因,它从未达到商业应用的水平。


在硫的正极中,首先遇到以下困难:


活性中心体溶解导致活性物质的损失。在循环过程中,中心长链多硫化物(Li2S4~Li2S8)在醚基电解液中短暂溶解,导致活性物质不断流失到电解液中。一些活性物质会一直保持溶解状态,这些物质不会起到充放电的用途,降低了电池的能量密度和功率密度。


2)正极数据为硫,反映了低导电率的硫化锂。硫和硫化锂离子电导率低导致穷人运输的离子电极,而硫化锂的积累在正极放电构成一层绝缘界面正极表面,使正极循环更糟。


3)锂金属中硫的体积变化较大。因为有一定的密度差异硫和硫化锂(2.03和1.66g厘米−3),硫有巨大的体积膨胀率的过程中完成硫化锂,锂在相反的过程,数量急剧减少,这可能导致崩溃和损坏的电极结构。


在锂负极方面,首先面对以下困难:


1)持续流动效应。这是锂硫电池的一个众所周知的问题。持续效应是指在电解液中溶解的长链硫化锂,它可以到达锂的阴极,通过化学方法回收,形成廉价的化合物。这些化合物不受极性的限制,一些低价的化合物可以再次回到硫正极,再次被氧化。这就是恒流效应。这种多硫化物级联效应发生在电池中,在循环过程中降低了系统的充放电能力,降低了库仑功率;锂硫电池在休息期间会出现严重的自放电,使得锂硫电池的应用价值大大降低。


2)固体电解质中心相(SEI)的积累不均匀。锂金属负极,金属与电解液之间的界面,电解液与负极之间的数据混响,并在负极表面构成SEI。这些SEI离子可以通过,但电子不能。多数情况下,SEI不均匀、致密,且存在各种孔洞,使电解液和阳极原料仍能接触和混响。锂金属和电解液的持续消耗导致电池可逆性差,降低了电池的使用寿命。


3)金属锂的枝晶生长。金属锂的非均相堆积形成锂枝晶的生长,导致大规模的SEI断裂,进一步消耗金属锂和电解液,影响电池寿命。部分电导率逐渐增大,阻抗增大,库仑功率减小。


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