锂硫电池穿梭效应分析

相对于目前商业化的锂离子电池来说，锂硫电池具有更高的能量密度、更强的动力、更低的成本等优势，使之深受各国研究学者的关注。经过这多年的研究，锂硫电池的缺陷被逐渐克服，使其在未来的实际应用变成一种可能，但要实现Li-S电池的商业化，仍面临较多挑战。

锂硫电池的不足主要有以下几点：1、单质硫及其放电产物（Li2S2和Li2S）的绝缘性，电子导电性和离子导电性都很差；2、硫正极的体积胀缩效应；3、穿梭效应。

其中，穿梭效应是阻碍Li-S电池商用化的致命因素，这种效应会造成电池的循环性能降低，容量大幅衰减。以下分析原因。

锂硫电池充放电反应产生的可溶性长链聚硫化物Li2Sn（n=4～8）在浓度梯度的作用下，穿过电池隔膜到达锂负极表面，被还原为短链聚硫化物Li2Sx（x=2～4），在电场和浓度差的作用下，它们将会通过电解液扩散回到正极，在正极处再次被氧化为长链聚硫化物Li2Sn（n=4～8）。这种聚硫化物穿过隔膜，在正、负极间循环往复迁移的现象被称为“Shuttle效应”，即穿梭效应。

一方面，聚硫化物溶解进入电解液中，随着放电反应的进行，最终生成不溶性的Li2S2和Li2S沉积在电极上，这2种锂硫化物是电子和离子的绝缘体，会阻碍电子的传输，自身消耗活性物质，使得硫的利用率降低；另一方面，聚硫化物如果扩散至负极，会和金属锂发生反应，导致电池自放电，并且还会破坏负极表面的SEI膜，造成电池容量的衰减。

因此，严重的穿梭效应会降低活性物质的利用率，进而导致Li-S电池不可逆容量的大量损失。

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