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第 51 卷 第 8 期 化 工 技 术 与 开 发 Vol.51 No.8 2022 年 8 月 Technology Development of Chemical Industry Aug.2022 插层膜设计在锂硫电池中的研究进展 谷斌斌，刘雅慧，王浩浩 （温州大学化学与材料工程学院，浙江省碳材料技术研究重点实验室，浙江 温州 325027 ） 摘　要：锂硫（Li−S ）电池凭借其超高的理论比容量和能量密度，有望成为下一代储能体系，但硫元素的绝缘性、 多硫化物的穿梭效应，以及正极在充放电过程中的体积变化等问题，阻碍了Li−S电池的商业化。改性插层膜的制备 工艺简便，同时可以很好地提升Li−S电池的电化学性能，因此引起了Li−S电池领域研究人员的广泛关注。本文重点 介绍了当前各种插层膜设计在锂硫电池中的应用研究进展，并对其应用前景进行了展望。 关键词：锂硫电池；穿梭效应；插层膜 中图分类号：TM 912 　　　文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2022)08-0055-06 自 19 世纪工业革命以来，人们对能源的消耗日 展，并对其应用前景进行了展望。 益增长，石油等不可再生能源的过度开发，导致了极 1　锂硫电池的充放电机理 端气候频发、全球变暖等环境问题，严重威胁人类的 可持续发展，因此亟需寻找可替代的清洁可再生能 典型的 Li−S 电池构造由 4 个主要部分组成： 源，以面对不可再生能源枯竭和环境污染的挑战 [1] 。 硫正极、锂金属负极、隔膜和醚类电解质 ( 图 1) ，2 近年来，锂离子电池凭借其优越的性能，被认为是电 个电极由聚合物隔膜分离。放电时，锂离子通过隔 网储能和电动汽车领域最具吸引力的储能装置 [2-3] 。 膜从负极扩散到正极，电子则通过外部电路移动到 但锂离子技术可能已经达到了极限，尤其是在下一 正极 [6] 。在放电过程中，S8 环断裂，逐步还原为多 代电动汽车和混合动力汽车的能源需求方面。 硫化锂（LiPSs ），最终形成Li S 沉淀。负极和正极 2 锂 硫（Li−S ）电 池 的 概 念 由Herbert 和 Ulam 等 人 在 20 世 纪 60 年 代 首 次 提 出 [4] 并 逐 渐 进 入 人们的视野。与锂离子电池相比，Li−S 电池具有 1675mAh ·g− 1 的高理论容量和 2500Wh ·kg− 1 的高 能量密度 [5] 。同时，地壳中丰富的硫元素，可以显著 降低 Li−S 电池作为主要活性正极材料的成本。凭 借这些优势，Li−S 电池成为有希望用于大规模储能 的下一代电池候选者之一。然而，仍有许多挑战阻 碍 Li−S 电池的商业化进程，如硫元素的绝缘性，正 极在充放电过程中的体积改变，可溶性的放电产物 中间体的穿梭效应等。 近年来，研究者们提出了插层膜的概念，即在 Li−S 电池中添加一层功能性材料，以解决 Li−S 电池 的挑战。研究者们认为，插层膜的设计需要满足以 下几点要求：1 ）拥有良好的导电性和Li+ 传输能力； 2 ）尽可能的轻薄；3 ）对多硫化物有良好的吸附效果。 本文总结了近几年 Li−S 电池插层膜设计的研究进 − 图 1　Li S 电池的结构示意图 收稿日期：2022-04-12 56 化 工 技 术 与 开 发 第 51 卷