应用于锂硫电池的原位紫外光谱分析测试

导读

锂硫电池因其成本低、循环寿命长、能量密度高以及环境友好等特点，成为了最具有前途的下一代能源系统。然而，诸多问题限制了锂硫电池的实际应用，如因高溶解度的长链多硫化物所引起的穿梭效应导致容量的极速衰减以及较低的库仑效率。紫外光谱分析可以快速、准确地测定循环过程中产生的多硫化物，因此在锂硫电池分析中有着重要的作用。本文阐述了最新应用于锂硫电池的原位紫外分析技术及对锂硫电池充放电过程中产生的多硫化物定性及定量的分析方法。

引言

以金属锂为负极、单质硫为正极的锂硫电池的理论比能量可达到2600 W·h/kg（锂和硫的理论比容量分别为3860 mA·h/g 和1675 mA·h/g），远高于现阶段所使用的商业化二次电池，是一种很有前途的储能系统。此外，硫在地球的表层储量丰富且十分廉价，生产成本较低，也使得锂硫电池富有吸引力。如图1所示，在锂硫电池的充放电过程中，环状S8分子经过一系列结构和形态的变化，与锂离子反应生成可溶性长链多硫化物和不溶性短链多硫化物。在放电过程中，正极的中间产物长链聚硫离子溶解扩散至负极，在负极表面还原生成短链聚硫离子，后者又反向扩散至正极，在充电时这些短链聚硫离子再次被氧化成长链聚硫离子，这个过程消耗了充放电电量并限制了锂硫两极的电化学效率，严重影响了锂硫电池的可逆容量和库仑效率。

目录

一、原位紫外分析技术

二、原位紫外定性分析锂硫电池

三、原位紫外光谱定量分析锂硫电池反应机理四、结语

结语

锂硫电池作为新一代极具前途的储能电池，具有广阔的发展应用前景。然而，要想从根本上解决电池充放电过程中的问题，提高电池的循环稳定性能，对电池的工作原理和复杂的运行机制的研究应该作为目前研究的重点之一。原位紫外光谱测试技术提供了一种原位在线检测技术，这为锂硫电池的研究提供了一种新的分析方法。在未来的发展趋势中，原位紫外光谱测试技术还可以扩展到更多的储能电池体系中，如与锂-硫电池具有相似工作原理的钠硫电池。同时可发展应用在基于全固态电解质（锂镧锆氧陶瓷电解质）和准固态凝胶聚合物电解质（PEO，PAN等）锂硫电池体系中穿梭效应的分析。由于原位紫外光谱测试的电池可以根据研究对象的不同进行改装进而获得想要的实验参数，因此适用性很广泛。原位紫外光谱是一种基于光谱的分析测试技术，如果能与其它分析技术如SEM、TEM、Raman、XRD、FTIR、XPS等联用，在功能上互补，可提供更全面的信息。