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什么是鋰空氣電池和鋰硫電池？
①鋰空氣電池
鋰空氣電池以氧氣為正極反應(yīng)物,，金屬鋰為負(fù)極,，具有很高的理論能量密度（3500wh/kg）,，其實(shí)際能量密度可達(dá)500-1000wh/kg,，遠(yuǎn)高于常規(guī)的鋰離子電池體系。鋰空氣電池由正極,、電解液和負(fù)極組成,，在非水電池體系中,，目前多以純氧為反應(yīng)氣體，因此鋰空氣電池又可稱為鋰氧氣電池,。
1996年,，Abraham等人在實(shí)驗(yàn)室中成功組裝了第一個非水系鋰空氣電池。隨后研究人員開始關(guān)注非水系鋰空氣電池的內(nèi)在電化學(xué)反應(yīng)及機(jī)理研究,；2002年,，Read等人發(fā)現(xiàn)鋰空氣電池的電化學(xué)性能依賴于電解液溶劑及空氣正極材料；2006年,，Ogasawara等人利用質(zhì)譜儀,，首次證明Li2O2在充電時被氧化并釋放氧氣，即證實(shí)了Li2O2的電化學(xué)可逆性,。鋰空氣電池因此得到大量關(guān)注和快速發(fā)展,。
②鋰硫電池
鋰硫電池是基于高比容量硫（1675mAh/g）和鋰金屬（3860mAh/g）的可逆反應(yīng)的二次電池體系，平均放電電壓約為2.15V,。其理論能量密度可達(dá)2600wh/kg,。其原材料具有成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)勢,，因此極具發(fā)展?jié)摿�,。鋰硫電池的發(fā)明可以追溯到20世紀(jì)60年代，當(dāng)時Herbert和Ulam申請了一項(xiàng)電池專利,，此鋰硫電池的原型使用鋰或鋰合金作為負(fù)極材料,，硫作為正極材料和由脂肪族飽和胺組成的電解液。幾年后,，通過引入PC,、DMSO和DMF等有機(jī)溶劑使鋰硫電池得到改進(jìn)，得到了2.35-2.5V的電池,。到20世紀(jì)80年代末,，醚類被證明可以用于鋰硫電池。此后的研究中,，醚基電解液的發(fā)現(xiàn),、LiNO3作為電解液添加劑的使用以及碳/硫復(fù)合正極的提出等成果的出現(xiàn)開啟了鋰硫電池的研究熱潮。
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鋰空氣電池和鋰硫電池工作原理
①鋰空氣電池
鋰空氣電池按照所用電解液的不同狀態(tài),，可分為水體系,、有機(jī)體系、水-有機(jī)混合體系以及全固態(tài)鋰空氣電池,。其中由于使用了水基電解液的鋰空氣電池的比容量較低，且金屬鋰保護(hù)存在困難,，體系可逆性較差,，因此非水系的有機(jī)鋰空氣電池和全固態(tài)鋰空氣電池在目前得到更加廣泛的研究,。非水基鋰空氣電池，在1996年由Abraham和Z.Jiang首先提出,，放電反應(yīng)方程式如圖1公式所示,，充電反應(yīng)與之相反，電解質(zhì)主要采用有機(jī)電解液或固態(tài)電解質(zhì),，放電產(chǎn)物主要為Li2O2,，產(chǎn)物不溶于電解質(zhì)，容易在空氣正極堆積,，影響鋰空氣電池的放電容量,。
鋰空氣電池有著超高能量密度、環(huán)境友好以及價格低廉等優(yōu)勢,，但其研究尚屬初級階段,，仍存在很多問題亟待解決，例如氧氣還原反應(yīng)的催化,、空氣電極透氧疏水性,、空氣電極失活等。
②鋰硫電池
鋰硫電池主要使用單質(zhì)硫或硫基化合物為電池正極材料,，負(fù)極主要使用金屬鋰,。在放電過程中，位于負(fù)極的金屬鋰被氧化失去一個電子,，并產(chǎn)生鋰離子,；然后電子通過外部電路轉(zhuǎn)移到正極，所產(chǎn)生的鋰離子也同時通過電解液轉(zhuǎn)移到正極與硫元素反應(yīng)形成多硫化鋰（LiPSs）,，再進(jìn)一步反應(yīng)生成硫化鋰,，完成放電過程。在充電過程中,，LiPSs中的鋰離子通過電解液回到負(fù)極,，同時電子通過外部電路回到負(fù)極與鋰離子形成鋰金屬，LiPSs在正極被還原為硫完成充電過程,。
鋰硫電池的放電過程主要是在硫正極上進(jìn)行多步驟,、多電子、多相的復(fù)雜電化學(xué)反應(yīng),，不同鏈長的LiPSs在充放電過程中相互轉(zhuǎn)化,。在放電過程中，正極可能發(fā)生的反應(yīng)如圖2,，負(fù)極反應(yīng)如圖3,。
鋰硫電池的優(yōu)勢非常明顯，如具有非常高的理論容量,；材料中沒有氧,，不會發(fā)生析氧反應(yīng),，因而安全性能好；硫資源豐富且單質(zhì)硫價格低廉,；對環(huán)境友好,，毒性小等。但鋰硫電池也存在以一些挑戰(zhàn)性的問題,，如多硫化鋰穿梭效應(yīng)問題,；單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物的絕緣性問題；體積變化大的問題,；鋰負(fù)極引起的不穩(wěn)定SEI和安全性問題,；自放電現(xiàn)象等。
鋰空氣電池和鋰硫電池作為新一代二次電池體系,，具有非常高的理論比容量值,，受到研究者和二次電池市場的廣泛關(guān)注。目前,，這兩種電池仍然面臨較多的科學(xué)與技術(shù)問題,，處于電池開發(fā)早期研究階段，除了電池正極材料的比容量和穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高外,，電池安全性等關(guān)鍵問題也亟待解決,。未來這兩種新型電池還需要不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)以消除其缺陷，以便開拓更加廣闊的應(yīng)用前景,。
參考來源：
1,、孟楠.鋰空氣電池聚合物電解質(zhì)及其與電極界面穩(wěn)定性的研究
2、郭煥煥.高性能鋰空氣電池中金屬鋰負(fù)極穩(wěn)定性研究
3,、陳偉.電極界面離子調(diào)控對鋰硫電池電化學(xué)性能的影響研究
4,、馬俊勝.石墨烯基鋰硫電池的正極設(shè)計與性能研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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