1.锂硫电池 1.1锂硫电池简介 1.1.1锂硫电池的结构和充放电机理 图 1.1 (a)锂硫电池结构示意图[1]，(b)锂硫电池充放电曲线[2]. 如图 1.1 (a)所示，锂硫电池采用活性物质硫作为电池的正极，负极用金属锂，电解质用醚类的液态电解液。

因为硫的导电性很差，所以硫正极的组成部分有导电剂、粘结剂和集流体，此外正负极之剑还用隔膜隔开以防电池短路。

锂硫电池正负极的总反应如下： 基于该反应机理，在电池放电过程中，一个硫原子可以获得两个电子与两个锂结合，此时可以用公式（2）计算电池的理论放电比容量： （q为电池的放电比容量，单位是mAh/g；n为每mol单质硫原子转移的电子数，单位为mol-1，F为1法拉第电量，是常数26.8Ah；M为单质硫的摩尔质量，32g/mol。

） 最终计算出的锂硫电池理论放电比容量为1675mAh/。

如图1.1b，电池具有两个放电平台，高电压放电平台理论值EH0= 2.33V，低电压放电平台理论电动势E10=2.18V。

但是锂硫电池的具体放电过程却经历很多步复杂的反应： 对应公式（3）至公式（6），在电池放电过程中，首先固相的单质硫溶解S8(S)在电解液中形成液态单质硫S8(l)，然后S8(l)在放电过程中被消耗，固相硫进一步溶解。

S8(l)逐步被还原生成S82-、S62-、S42-等，称为多硫离子，多硫离子可以溶解在电解液中，如图1.1b所示，它们的生成对应电池的高电压放电平台，其对应的电化学反应和能斯特方程为： 电池的高电压放电平台是基于液相反应进行的，因此电化学反应速度比较快，该过程每个硫原子可以获得0.5个电子，其对应的理论放电比容量qH=419mAh/g。

由于S8在电解液中的溶解度很低，所以S8在电解液中的浓度随着反应的进行基本不变，但是随着反应的进行，S42#8722;的浓度逐步增加。

因此，公式(10)可知，在高电压放电阶段，电池电压随着放电进行逐步降低[3]。

而随着反应的进行，S42#8722;继续被氧化，并且与Li 结合生成不可溶于电解液的Li2S，这一过程对应于电池低电压放电平台，对应于公式（7）和公式（8），相应的总的电化学反应和能斯特方程为： 电池的低电压放电平台基于液固相反应或纯固相反应进行，因此电池电化学反应动力学比较慢，电池放电曲线容易受到电极、电解液等的导电性影响。