當下鋰離子電池研討熱門首要是環(huán)繞鋰空氣電池和鋰硫電池打開，二者被認為是最具開展?jié)摿Φ男乱淮?a href="http://www.miracleinspire.com" style="color:#a98326">鋰電池。它們與以往鋰離子電池正極資料在結(jié)構(gòu)和反響機理上都有很大區(qū)別

1.鋰空氣電池

鋰空氣電池是金屬空氣電池中的一種，因為運用分子量最低的鋰金屬作為活性物質(zhì)，其理論比能量十分高。不計算氧氣質(zhì)量的話，為11140Wh/kg，實踐上可利用的能量密度也可達1700Wh/kg，遠高于其它電池系統(tǒng)。鋰空氣電池的基本結(jié)構(gòu)和作業(yè)機理如下圖所示。

鋰空氣電池按運用的電解液的狀況不同，首要可分為水系統(tǒng)、有機系統(tǒng)、水-有機混合系統(tǒng)以及全固態(tài)鋰空氣電池。在有機系統(tǒng)鋰空氣電池作業(yè)時，原料O2經(jīng)過多孔空氣電極進入電池內(nèi)部，在電極外表被催化成O2-或許O22-，接著與電解質(zhì)中的Li+結(jié)合，生成過氧化鋰（Li2O2）或氧化鋰（Li2O），產(chǎn)品沉積在空氣電極外表。當空氣電極中的所有的空氣孔道都被產(chǎn)品堵塞后，電池放電終止。其電極反響如下所示：

正極：O2+2e-+2Li+?Li2O2；O2+4e-+4Li+?2Li2O

負極：Li?Li++e-

總反響：2Li+O2?Li2O2(2.96V)；4Li+O2?2Li2O(2.91V)

鋰空氣電池有著不行比較的超高能量密度、環(huán)境友好以及價格低價等優(yōu)勢，但其研討尚屬初級階段，存在十分多扎手的問題，首要有：

（1）正極反響需求催化劑。放電進程中，在沒有催化劑存在的情況下，氧氣還原十分慢；充電進程中，電壓渠道為4V左右，容易形成電解液的分解等副反響。需求運用恰當催化劑來幫助電池反響。

（2）鋰空氣電池是敞開系統(tǒng)，會引發(fā)諸如電解液蒸發(fā)、電解液氧化、空氣中的水分和CO2與金屬鋰反響等一系列喪命問題。

（3）空氣電極孔道堵塞問題。放電生成不溶于電解液的Li2O和Li2O2會堆積在空氣電極中，堵塞空氣孔道，導致空氣電極失活、放電終止。

綜上所述，鋰空氣電池中存在許多問題亟待解決：包括氧氣還原反響的催化、空氣電極透氧疏水性、空氣電極失活等。雖然鋰空氣電池取得了一些前進，但要真正運用還有很長一段路要走。

2.鋰硫電池

鋰硫電池研討最早起源于上世紀70年代，但是一直以來鋰硫電池的實踐容量不高、衰減嚴峻，并未受到重視。2009年，LindaF.Nazar課題組報導了硫碳復合物作為鋰硫電池正極資料獲得較好的循環(huán)性和十分高的放電容量，掀起了鋰硫電池研討的熱潮。鋰硫電池首要運用單質(zhì)硫或硫基化合物為電池正極資料，負極首要運用金屬鋰，其電池結(jié)構(gòu)如圖所示。

其間以正極資料為單質(zhì)硫（首要以S8環(huán)形態(tài)存在）計算，其理論比容量為1675mAh/g，理論放電電壓為2.287V，理論能量密度為2600Wh/kg。充放電時，電極反響如下所示：

正極：S8(s)+2e-+2Li+?Li2S8；

Li2S8+2e-+2Li+?2Li2S4；

Li2S4+2e-+2Li+?2Li2S2(s)；

Li2S2(s)+2e-+2Li+?2Li2S(s)

負極：Li?Li++e-

總反響：S8(s)+16e-+16Li+?8Li2S(s)

鋰硫電池中，正極資料的反響是一個多電子、多步驟的逐級反響

以硫放電進程為例，簡單可以分為兩個階段，首先固態(tài)單質(zhì)硫S8與Li+生成液態(tài)的Li2S8，跟著放電程度的深化會經(jīng)過可溶性Li2S6最終生成可溶性Li2S4，對應電壓渠道2.4V-2.1V，此進程因為有液態(tài)物質(zhì)的生成，反響速度較快。接著跟著進一步的放電，在2.1V電壓渠道處，可溶性Li2S4轉(zhuǎn)化成不溶性的固相Li2S2，最后再進一步生成終產(chǎn)品固相的Li2S，因為這一階段中固體開始生成，使得離子擴散變慢，所以反響速度較緩。不同于傳統(tǒng)的鋰離子電池資料，鋰硫電池充放電時單質(zhì)硫和硫化鋰中心經(jīng)過多硫化鋰Li2Sx（x=2-8）而并不是經(jīng)過鋰離子在正極資料和負極資料之間的往返嵌入和脫嵌來完成充放電的，因此鋰硫電池功能受正極資料的鋰離子脫嵌才能影響小。

鋰硫電池的優(yōu)勢十分顯著：具有十分高的理論容量；資料中沒有氧，不會發(fā)生析氧反響，因此安全功能好；硫資源豐富且單質(zhì)硫價格極其低價；對環(huán)境友好，毒性小。但鋰硫電池真正運用還面臨著一些問題，首要包括：

（1）導電性和導鋰性差：單質(zhì)硫中硫分子是以8個S相連組成冠狀的S8，屬于典型的電子、離子絕緣體，其室溫下電導率僅為5×10-30S/cm。而且產(chǎn)品Li2S2和Li2S也都是電子絕緣體。因此活性物質(zhì)的利用率不高、倍率功能不佳?，F(xiàn)在首要經(jīng)過制備小尺度的硫碳復合資料來解決鋰硫電池正極資料的導電性和導鋰性問題。

（2）多硫化鋰穿梭效應：在鋰硫電池充放電進程中，長鏈多硫化鋰Li2Sx（4電池的活性物質(zhì)自放電，形成資料庫侖效率不高。

（3）體積脹大問題：硫在完全充電轉(zhuǎn)化為硫化鋰時，體積脹大達76%，容易引起正極資料的結(jié)構(gòu)被破壞，影響活性物質(zhì)的穩(wěn)定性，形成容量衰減。

（4）金屬鋰負極：因為硫本身不含鋰原子，所以有必要運用金屬鋰單質(zhì)作為負極資料，但這樣一來就不行避免會發(fā)生鋰金屬的枝晶問題，帶來安全隱患。

雖然鋰硫電池還存在著一些問題，近些年跟著對鋰硫電池研討的深化，經(jīng)過減小硫顆粒尺度、對硫資料進行包覆、制備硫碳復合資料、對多硫化鋰吸附、改善電解液等多種辦法，在進步硫資料的容量和循環(huán)性方面取得了許多前進。

在過去的三十多年中，鋰電池閱歷了快速開展，其間以鋰離子電池為代表的二次電池系統(tǒng)成為了各種小型便攜電子設備的動力來源，極大的推動了電子產(chǎn)品的開展，使得智能手機、平板電腦、數(shù)碼照相機、筆記本電腦等便攜設備得以廣泛普及。跟著社會的不斷開展，二次電池在大型電驅(qū)動設備中的需求與日俱增，但是鋰離子電池中正極資料的理論比容量極限值偏低，在大型電驅(qū)動設備的供電系統(tǒng)中顯得綽綽有余。鋰空氣電池和鋰硫電池作為新一代二次電池系統(tǒng)，具有十分高的理論比容量值，受到研討者和二次電池商場的熱切重視，但是現(xiàn)在鋰空氣電池和鋰硫電池研討還處于研制階段，除了電池正極資料的比容量和穩(wěn)定性需求進一步進步外，電池安全性等關鍵問題也亟待解決。對于鋰電池正極資料作業(yè)原理的認識，有助于把握此類電池研討的核心問題，掌握電池正極資料的開展動態(tài)。