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二维材料对于锂硫电池中锂硫化物的固定作用影响
摘要
锂硫电池由于其超高的能量密度（可达2600 Wh·kg-1）、较低的制备成本而被人们广泛关注，然而，在锂硫电池充放电过程中生成的多硫化物，极易溶解进入电解质中，造成电池容量的大幅度衰减，即穿梭效应。因此，在电极中掺杂一种能够对多硫化物进行固定的材料是非常重要的，可有效提高电池的循环性。二维材料具有较大的比表面积和良好的导电性，可以应用于电极中以抑制穿梭效应。
前言
Li-S电池是用于众多新兴应用的典型且有前景的能量存储装置。其理论能量密度可达2600 Wh·kg-1，这是传统二次锂离子电池的5倍。此外，低成本和低毒性为硫阴极提供了许多商业应用的优点。尽管存在着相当大的优势，Li-S电池的实际应用依然存在着很大的阻碍。 首先，由于从S到Li2S密度的变化，锂硫电池在充放电过程中会出现较大的体积变化（~75%），从而导致电池本身形变严重，极大程度上破坏了锂硫电池本身的微观结构，造成库伦稳定性降低。其次，由于锂的多硫化物Li2S8、Li2S6和Li2S4在充放电过程中非常容易溶解于电池的电解液中，造成含硫物质的损失，并且溶解于电解液的锂硫化物会在电解质中扩散到两极范围内，在充放电过程中发生氧化反应，造成“穿梭效应”，严重降低了锂硫电池本身的能量密度，导致使用寿命下降。另外，硫和放电产物如Li2S都具有比较低的离子/电子电导率，使得硫和放电过程中所合成的中间产物失去电化学活性，导致硫的低利用率。
二维材料包括碳纳米材料、Mxenes材料等，具有比表面积大、电导率较高等优势，将这些材料作为电池的电极掺杂材料是一种能够提高锂硫电池的能量密度以及循环性能的有效途径之一，它不仅可以提高具有绝缘性的硫离子之间的相互作用，还可以通过物理或化学作用抑制锂硫化物在电解液中的穿梭效应。因此，在电极中添加二维材料对于设计先进的Li-S电池至关重要。
- 锂硫电池简介
1.1锂硫电池原理
锂硫电池是锂电池的一种，以单质硫作为正极的锂硫电池的材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到 1675m Ah/g 和 2600Wh/kg ，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量（lt;150mAh/g）。并且，单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点，因此，锂硫电池是一种非常有前景的锂电池。
