鋰硫電池是以硫元素為電池正極，金屬鋰為負(fù)極的一種鋰電池。鋰硫電池自身的不足限制了其商業(yè)化應(yīng)用，而鋰硫電池材料的改性研究是改善電池各方面性能的關(guān)鍵之一，對(duì)于提高導(dǎo)電性、抑制穿梭效應(yīng)、減輕鋰電極腐蝕、改良電池電化學(xué)性能等具有重要作用。

　　鋰硫電池正極材料改性

　　鋰硫電池正極材料的改性包括硫與導(dǎo)電材料的復(fù)合、納米金屬氧化物對(duì)硫單質(zhì)的包覆等，目的是提高硫正極導(dǎo)電率、抑制多硫化物溶解。

　　1、硫/碳復(fù)合材料

　　可以將盡可能多的單質(zhì)硫填充到介孔碳材料的孔隙中制成高硫含量的碳硫復(fù)合正極材料，既能保證電池的高容量，又可通過(guò)減少硫的顆粒度和離子、電子的傳導(dǎo)距離增加硫的利用率。利用碳材料高比表面的強(qiáng)吸附特性抑制放電產(chǎn)物的溶解和向負(fù)極的遷移，減小自放電和多硫化物離子穿梭效應(yīng)，避免在充放電時(shí)的不導(dǎo)電產(chǎn)物在碳粒外表面沉積成絕緣層，從而減輕極化并延長(zhǎng)循環(huán)壽命。

　　2、硫/碳納米管復(fù)合材料

　　多壁碳納米管具有高比表面積和大量微孔，這些微孔能夠成為硫的分散基體，使硫達(dá)到納米化的分散狀態(tài)。

　　3、硫/金屬氧化物復(fù)合材料

　　硫/金屬氧化物復(fù)合材料是在含硫材料的表面包覆一層具有離子選擇性的過(guò)渡金屬硫化物或氧化物顆粒，能夠減少多硫化物及其還原產(chǎn)物在電解液中的溶解，從而提高電池的循環(huán)可逆性。

　　鋰硫電池負(fù)極材料改性

　　鋰硫電池負(fù)極材料的改性主要是針對(duì)鋰金屬電極進(jìn)行表面修飾。金屬鋰化學(xué)性質(zhì)非常活潑，電極過(guò)程中易與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)生成表面膜，增加電池的極化。而在充放電的過(guò)程中，有一部分鋰會(huì)失去活性，成為不可逆的死鋰。且由于鋰表面的不均勻性，表面可能會(huì)生成鋰枝晶，造成安全性問(wèn)題。因此，對(duì)鋰金屬電極進(jìn)行表面修飾非常必要。

　　鋰硫電池隔膜材料改性

　　對(duì)鋰硫電池隔膜的改性工作集中于對(duì)高性能涂層材料的設(shè)計(jì)與合成，以及對(duì)新型隔膜材料的開(kāi)發(fā)，包括碳涂層隔膜、元素?fù)诫s碳涂層隔膜、金屬氧化物/碳復(fù)合涂層隔膜等。

　　1、碳涂層隔膜改性

　　碳涂層隔膜改性是將不同的碳材料復(fù)合或添加特殊試劑以激活碳涂層，提高電池導(dǎo)電率。

　　2、元素?fù)诫s碳涂層隔膜

　　物理吸附和排斥作用能在很大程度上攔截多硫化物，但元素?fù)诫s能從化學(xué)鍵合作用入手，增強(qiáng)隔膜改性材料的化學(xué)吸附作用，常見(jiàn)的摻雜元素有氮、硫、氧等。

　　3、金屬氧化物涂層隔膜

　　納米級(jí)金屬氧化物比表面積大，吸附力良好，對(duì)還原反應(yīng)有催化作用，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于提高鋰硫電池的性能。常見(jiàn)的金屬氧化物包括：氧化鋁、氧化釕、氧化錳、氧化鈰、二氧化鈦等。

　　氧化鋁作為金屬氧化物之一，具有很強(qiáng)的吸附力、催化活性和耐高溫特性，將其涂覆到隔膜上不僅可以改進(jìn)隔膜的導(dǎo)電性，還能提高隔膜的熱化學(xué)穩(wěn)定性。氧化釕是高度導(dǎo)電催化材料，可以增強(qiáng)多硫化鋰的還原反應(yīng)，配合均勻分布的球形多孔網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)一步提高硫的利用率。

　　目前，以三元材料為正極的鋰離子電池，其能量密度難以超過(guò)350Wh/kg，制造400Wh/kg以上的二次電池則需要開(kāi)發(fā)新的鋰電池體系。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，硫的理論比容量和電池理論比能量遠(yuǎn)高于目前商業(yè)化的鋰離子電池，鋰硫電池體系或?qū)⒊蔀楦吣苄滦碗姵氐闹饕芯糠较蛑唬瑸殇囯婎I(lǐng)域的發(fā)展和探索提供更多思路和可能。

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