新能源汽車的應用和便攜式電子設備的發展，極大地促進了儲能器件的研究并對電池的性能提出了更高的要求[1~3]
與鋰離子電池相比，鋰硫電池的理論比容量(1675 mAh·g-1)和能量密度(2600 Wh·kg-1)有很大的優勢[4,5]
鋰硫電池由硫正極、鋰負極、隔膜和電解液組成[6~8]，其反應機理基于硫與鋰的氧化還原反應[7,9,10]
鋰硫電池的放電過程為單質硫(S8)參與16電子還原反應，先與鋰生成可溶性多硫化物中間體(Li2S x，2<x≤8)和最終還原成硫化鋰(Li2S)
鋰硫電池的充電過程，是施加一定電位差的外電場使Li2S分解成Li和S(圖1a)[11~15]
鋰硫電池的放電過程有兩個電壓平臺(圖1b)，上電壓平臺對應硫向長鏈多硫化物轉化和溶解，低電壓平臺對應溶解于電解液中的多硫化物進一步鋰化成短鏈多硫化物并沉淀到電極上
這種固相—液相—固相的轉變使鋰硫電池與其他電池系統不同，在實際應用中也存在著更大的挑戰[16, 17]
圖1
圖1鋰硫電池的電化學反應原理和充放電曲線示意圖[7,10]
Fig.1Electrochemical reaction schematic diagram (a) and charge-discharge profile (b) of lithium-sulfur battery[7,10]
首先，單質S和放電產物Li2S的導電性能較差(25℃下分別為5×10-30 S·cm-1和10-13 S·cm-1)降低了電子遷移速率和活性物質利用率以及反應動力學[16]
其次，在放電過程中在正極側生成的可溶性多硫化物(尤其是高階多硫化物)通過隔膜擴散到負極，與Li金屬發生寄生反應還原成低階多硫化物和不溶性Li2S2/Li2S
生成的還原性硫化物集中在負極側與其他溶解的多硫化物重新結合而擴散回正極，并在充電過程中重新氧化為原始的Sm2-(2≤m≤8)
中間體在正負極間的遷移和還原氧化，形成嚴重的“穿梭效應”(圖2)[17,18]
這不僅使活性硫物質的損失，還因為放電產物在負極的聚集使其表面狀態惡化，使電池的容量衰減、庫倫效率和倍率性能降低[19~21]
此外，單質S和Li2S的密度不同使充放電過程中發生約80%的體積收縮與膨脹，材料結構的破壞使導電基體坍塌和電化學性能降低[22,23]
其中穿梭效應能否受到抑制是影響
聲明：
“MXene在鋰硫電池中應用的研究進展” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：季雨辰,劉樹和,張天宇,查成
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2025年07月09日 ~ 11日 
