鋰硫電池穿梭效應分析

相對於目前商業化的鋰離子電池來說，鋰硫電池具有更高的能量密度、更強的動力、更低的成本等優勢，使之深受各國研究學者的關注。經過這多年的研究，鋰硫電池的缺陷被逐漸克服，使其在未來的實際應用變成一種可能，但要實現Li-S電池的商業化，仍面臨較多挑戰。

鋰硫電池的不足主要有以下幾點：1、單質硫及其放電產物（Li2S2和Li2S）的絕緣性，電子導電性和離子導電性都很差；2、硫正極的體積脹縮效應；3、穿梭效應。

其中，穿梭效應是阻礙Li-S電池商用化的致命因素，這種效應會造成電池的迴圈性能降低，容量大幅衰減。以下分析原因。

鋰硫電池充放電反應產生的可溶性長鏈聚硫化物Li2Sn（n=4～8）在濃度梯度的作用下，穿過電池隔膜到達鋰負極表面，被還原為短鏈聚硫化物Li2Sx（x=2～4），在電場和濃度差的作用下，它們將會通過電解液擴散回到正極，在正極處再次被氧化為長鏈聚硫化物Li2Sn（n=4～8）。這種聚硫化物穿過隔膜，在正、負極間循環往復遷移的現象被稱為“Shuttle效應”，即穿梭效應。

一方面，聚硫化物溶解進入電解液中，隨著放電反應的進行，最終生成不溶性的Li2S2和Li2S沉積在電極上，這2種鋰硫化物是電子和離子的絕緣體，會阻礙電子的傳輸，自身消耗活性物質，使得硫的利用率降低；另一方面，聚硫化物如果擴散至負極，會和金屬鋰發生反應，導致電池自放電，並且還會破壞負極表面的SEI膜，造成電池容量的衰減。

因此，嚴重的穿梭效應會降低活性物質的利用率，進而導致Li-S電池不可逆容量的大量損失。

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