當(dāng)下鋰離子電池研討熱門首要是環(huán)繞鋰空氣電池和鋰硫電池打開，二者被認(rèn)為是最具開展?jié)摿Φ男乱淮?a href="http://www.newssweekly.com" style="color:#a98326">鋰電池。它們與以往鋰離子電池正極資料在結(jié)構(gòu)和反響機(jī)理上都有很大區(qū)別

1.鋰空氣電池

鋰空氣電池是金屬空氣電池中的一種，因為運用分子量最低的鋰金屬作為活性物質(zhì)，其理論比能量十分高。不計算氧氣質(zhì)量的話，為11140Wh/kg，實踐上可利用的能量密度也可達(dá)1700Wh/kg，遠(yuǎn)高于其它電池系統(tǒng)。鋰空氣電池的基本結(jié)構(gòu)和作業(yè)機(jī)理如下圖所示。

鋰空氣電池按運用的電解液的狀況不同，首要可分為水系統(tǒng)、有機(jī)系統(tǒng)、水-有機(jī)混合系統(tǒng)以及全固態(tài)鋰空氣電池。在有機(jī)系統(tǒng)鋰空氣電池作業(yè)時，原料O2經(jīng)過多孔空氣電極進(jìn)入電池內(nèi)部，在電極外表被催化成O2-或許O22-，接著與電解質(zhì)中的Li+結(jié)合，生成過氧化鋰（Li2O2）或氧化鋰（Li2O），產(chǎn)品沉積在空氣電極外表。當(dāng)空氣電極中的所有的空氣孔道都被產(chǎn)品堵塞后，電池放電終止。其電極反響如下所示：

正極：O2+2e-+2Li+?Li2O2；O2+4e-+4Li+?2Li2O

負(fù)極：Li?Li++e-

總反響：2Li+O2?Li2O2(2.96V)；4Li+O2?2Li2O(2.91V)

鋰空氣電池有著不行比較的超高能量密度、環(huán)境友好以及價格低價等優(yōu)勢，但其研討尚屬初級階段，存在十分多扎手的問題，首要有：

（1）正極反響需求催化劑。放電進(jìn)程中，在沒有催化劑存在的情況下，氧氣還原十分慢；充電進(jìn)程中，電壓渠道為4V左右，容易形成電解液的分解等副反響。需求運用恰當(dāng)催化劑來幫助電池反響。

（2）鋰空氣電池是敞開系統(tǒng)，會引發(fā)諸如電解液蒸發(fā)、電解液氧化、空氣中的水分和CO2與金屬鋰反響等一系列喪命問題。

（3）空氣電極孔道堵塞問題。放電生成不溶于電解液的Li2O和Li2O2會堆積在空氣電極中，堵塞空氣孔道，導(dǎo)致空氣電極失活、放電終止。

綜上所述，鋰空氣電池中存在許多問題亟待解決：包括氧氣還原反響的催化、空氣電極透氧疏水性、空氣電極失活等。雖然鋰空氣電池取得了一些前進(jìn)，但要真正運用還有很長一段路要走。

2.鋰硫電池

鋰硫電池研討最早起源于上世紀(jì)70年代，但是一直以來鋰硫電池的實踐容量不高、衰減嚴(yán)峻，并未受到重視。2009年，LindaF.Nazar課題組報導(dǎo)了硫碳復(fù)合物作為鋰硫電池正極資料獲得較好的循環(huán)性和十分高的放電容量，掀起了鋰硫電池研討的熱潮。鋰硫電池首要運用單質(zhì)硫或硫基化合物為電池正極資料，負(fù)極首要運用金屬鋰，其電池結(jié)構(gòu)如圖所示。

其間以正極資料為單質(zhì)硫（首要以S8環(huán)形態(tài)存在）計算，其理論比容量為1675mAh/g，理論放電電壓為2.287V，理論能量密度為2600Wh/kg。充放電時，電極反響如下所示：

正極：S8(s)+2e-+2Li+?Li2S8；

Li2S8+2e-+2Li+?2Li2S4；

Li2S4+2e-+2Li+?2Li2S2(s)；

Li2S2(s)+2e-+2Li+?2Li2S(s)

負(fù)極：Li?Li++e-

總反響：S8(s)+16e-+16Li+?8Li2S(s)

鋰硫電池中，正極資料的反響是一個多電子、多步驟的逐級反響

以硫放電進(jìn)程為例，簡單可以分為兩個階段，首先固態(tài)單質(zhì)硫S8與Li+生成液態(tài)的Li2S8，跟著放電程度的深化會經(jīng)過可溶性Li2S6最終生成可溶性Li2S4，對應(yīng)電壓渠道2.4V-2.1V，此進(jìn)程因為有液態(tài)物質(zhì)的生成，反響速度較快。接著跟著進(jìn)一步的放電，在2.1V電壓渠道處，可溶性Li2S4轉(zhuǎn)化成不溶性的固相Li2S2，最后再進(jìn)一步生成終產(chǎn)品固相的Li2S，因為這一階段中固體開始生成，使得離子擴(kuò)散變慢，所以反響速度較緩。不同于傳統(tǒng)的鋰離子電池資料，鋰硫電池充放電時單質(zhì)硫和硫化鋰中心經(jīng)過多硫化鋰Li2Sx（x=2-8）而并不是經(jīng)過鋰離子在正極資料和負(fù)極資料之間的往返嵌入和脫嵌來完成充放電的，因此鋰硫電池功能受正極資料的鋰離子脫嵌才能影響小。

鋰硫電池的優(yōu)勢十分顯著：具有十分高的理論容量；資料中沒有氧，不會發(fā)生析氧反響，因此安全功能好；硫資源豐富且單質(zhì)硫價格極其低價；對環(huán)境友好，毒性小。但鋰硫電池真正運用還面臨著一些問題，首要包括：

（1）導(dǎo)電性和導(dǎo)鋰性差：單質(zhì)硫中硫分子是以8個S相連組成冠狀的S8，屬于典型的電子、離子絕緣體，其室溫下電導(dǎo)率僅為5×10-30S/cm。而且產(chǎn)品Li2S2和Li2S也都是電子絕緣體。因此活性物質(zhì)的利用率不高、倍率功能不佳。現(xiàn)在首要經(jīng)過制備小尺度的硫碳復(fù)合資料來解決鋰硫電池正極資料的導(dǎo)電性和導(dǎo)鋰性問題。

（2）多硫化鋰穿梭效應(yīng)：在鋰硫電池充放電進(jìn)程中，長鏈多硫化鋰Li2Sx（4電池的活性物質(zhì)自放電，形成資料庫侖效率不高。

（3）體積脹大問題：硫在完全充電轉(zhuǎn)化為硫化鋰時，體積脹大達(dá)76%，容易引起正極資料的結(jié)構(gòu)被破壞，影響活性物質(zhì)的穩(wěn)定性，形成容量衰減。

（4）金屬鋰負(fù)極：因為硫本身不含鋰原子，所以有必要運用金屬鋰單質(zhì)作為負(fù)極資料，但這樣一來就不行避免會發(fā)生鋰金屬的枝晶問題，帶來安全隱患。

雖然鋰硫電池還存在著一些問題，近些年跟著對鋰硫電池研討的深化，經(jīng)過減小硫顆粒尺度、對硫資料進(jìn)行包覆、制備硫碳復(fù)合資料、對多硫化鋰吸附、改善電解液等多種辦法，在進(jìn)步硫資料的容量和循環(huán)性方面取得了許多前進(jìn)。

在過去的三十多年中，鋰電池閱歷了快速開展，其間以鋰離子電池為代表的二次電池系統(tǒng)成為了各種小型便攜電子設(shè)備的動力來源，極大的推動了電子產(chǎn)品的開展，使得智能手機(jī)、平板電腦、數(shù)碼照相機(jī)、筆記本電腦等便攜設(shè)備得以廣泛普及。跟著社會的不斷開展，二次電池在大型電驅(qū)動設(shè)備中的需求與日俱增，但是鋰離子電池中正極資料的理論比容量極限值偏低，在大型電驅(qū)動設(shè)備的供電系統(tǒng)中顯得綽綽有余。鋰空氣電池和鋰硫電池作為新一代二次電池系統(tǒng)，具有十分高的理論比容量值，受到研討者和二次電池商場的熱切重視，但是現(xiàn)在鋰空氣電池和鋰硫電池研討還處于研制階段，除了電池正極資料的比容量和穩(wěn)定性需求進(jìn)一步進(jìn)步外，電池安全性等關(guān)鍵問題也亟待解決。對于鋰電池正極資料作業(yè)原理的認(rèn)識，有助于把握此類電池研討的核心問題，掌握電池正極資料的開展動態(tài)。