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Donkeyleeds

铁虫 (初入文坛)

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[交流] 锂电池（不是锂离子）不是已经淘汰2-3年了吗

导师最近脑洞大开（非电化学专业），想着扩宽一下研究方向，听说一电化老师说锂电正热，想让我去研究锂电（楼主硕博，还没正式做实验，明年博一）
还强调，锂电池跟锂离子电池不一样，指明是锂电池（不是锂离子），可是我问了电化学同学，都说锂电池不是早就淘汰了吗！我不是电化学专业的，实验室师兄师姐也不太懂，关系比较好的电化学同学私底下建议不要跳这个坑
我应该怎么办π_π
为啥现在做锂电都在做锂离子电池，锂电池是不是已经淘汰放弃了呢，求大神解答

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1楼 2015-12-28 10:01:52

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asttcoa

金虫 (正式写手)

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简单讲，最开始发明出来是金属锂电池，不能充电，因为有严重的锂枝晶问题
后来发明了锂离子电池，锂离子比金属锂安全，可以充放电
现在确实有有人回头来研究金属锂电池，只要把枝晶和安全问题解决了，金属锂的能量密度肯定比锂离子高的多。
现在的锂离子电池都是石墨碳储存锂的，如果可以去掉碳，那么就可以节约很多体积和重量。
明白了不？

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幽默不是主调，开心没有烦恼

7楼2015-12-28 11:37:07

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nanhai44

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不是这个行业的，我说说我的理解，欢迎来喷。

锂电池是以金属锂作为电极，以电子传递产生电流，由于易产生枝晶引起爆炸，所以退出了常见应用。
锂离子电池是以锂离子的传递来完成充放电，主要以锂掺杂金属的氧化物作为电极。目前应用范围较广。
我记得好像锂电池的自放电较低，可以存放几年。
反正感觉这个坑不小

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4楼2015-12-28 11:16:02

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moyudi

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Donkeyleeds: 金币+5 2016-01-04 19:18:28

锂电池中锂硫电池和锂空电池研究的比较热门，然而锂硫电池是最有可能商业化的，锂空商业化尚远。

一、锂硫电池的基本工作原理
锂硫电池是另一种可充放电的金属锂电池，截止目前尚处于研阶阶段。锂硫电池是以S元素为正极、金属Li为负极。放电时负极Li失去电子变为Li+，Li+迁移至正极与S单质反应生成硫化物。锂硫电池的理论放电电压为2.287 V，如果按照所有单质S均完全反应生成Li2S计算硫理论比容量为1675 mAh/g，此外以锂理论比容量为3860 mAh/g，其远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的比容量（<1500 mAh/g）。并且，硫是一种对环境友好的元素，来源广泛，是一种非常有前景的锂电池。锂硫电池充放电过程如下式所示：
正极： 16Li + 16e- → 16Li+ （1）
负极： S8 + 16e- →8S2-；8S2- + 16Li+ → 8Li2S （2）

图1 锂硫电池典型的充放电曲线
硫电极的充电和放电反应过程比较复杂，存在一系列可逆的多硫离子中间产物，其电池的充放电曲线如图1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。首先是2.4~2.1 V的放电平台，对应着S8的环状结构变为Sn2-（4≤n≤8）离子的链状结构，并与Li+结合生成Li2Sn；第二个是2.1~1.8 V较长的放电平台，对应 Sn2-离子的链状结构变为S2-与Li+结合生成 Li2S，该平台是锂硫电池的主要放电区域。反之充电时硫电极中 Li2S 按此逆过程逐步被氧化为S8并释放出Li+，Li+回到负极被还原成金属Li。
二、锂硫电池存在的基本问题
负极金属Li的稳定性问题在锂硫电池中同样存在，此外锂硫电池也存在其它的一些问题：
(1) 受限于硫的本征电子传输惰性，锂硫电池的充放电反应产物S与 Li2S都是绝缘体，很难作为正极材料单独使用，因此借鉴锂离子电池的处理方法在电极制备过程中添加大量的导电添加剂炭黑或者复合另一种高电导率的材料[4-5]。
(2) 此外，由于多硫离子的溶解问题与多硫离子穿梭效应，在充放电过程中存在着不同价态的硫离子，放电初期和充电末期产生的长链Li2Sn易溶解于电解液，从而造成较大的可逆容量损失，电池的循环性受到影响。尤其是充电末期多硫离子Sx2-（4≤x≤8）溶解于电解液后很容易扩散至金属Li负极一端，并与金属Li发生还原反应而形成低价态的Sy2-（4≤y≤x≤8），产物随后又会扩散至正极表面并再度氧化成为Sx2-（4≤x≤8），如此反复地在正负极之间穿梭，形成了多硫离子的穿梭效应[6-8]。穿梭效应使得锂硫电池充电平台延长，电池出现过充电现象，因此很多报道中锂硫电池的充电容量高于放电容量，库仑效率高于100%。
三、解决办法
主要的解决方法从电解液和正极材料两个方面入手。一是电解液方面，主要用醚类的电解液作为电池的电解液，电解液中加入一些添加剂，可以非常有效的缓解锂多硫化合物的溶解问题。二是正极材料方面，主要是把硫和碳材料复合，或者把硫和有机物、无机物等多孔材料复合，不仅可以解决硫的不导电和体积膨胀问题，而且这些多孔载体结构可以让多硫离子尽可能限制在纳米结构的孔洞中，进而起到抑制多硫离子穿梭效应的作用。