文 献 综 述

随着经济全球化的发展与世界人口的急剧增加，人们对能源供应的需求也在急剧增长。传统能源与不可再生资源正在被过度开采，随之而来的是资源短缺与生态环境的逐步恶化，人类的生存条件正受着威胁^[1]。尤其在发展中国家，这个问题更加突出。由于我国近些年来对环境保护更加重视，我国日趋恶化的生态环境问题得到一些缓解，部分地区正在逐步改善。但是不可否认的是，我国的环境形势之恶劣依旧不容乐观，急切需要解决。也因此，我国近些年来提出保护环境和节约资源的基本国策与全面协调可持续发展的战略^[2]。所以，对于可再生能源的研究已经迫在眉睫，显得十分重要。

目前，可以利用的自然资源主要有太阳能、地热能、潮汐能、风能、生物质能和其他一些新能源^[3]，但是这些能源都存在着一个共性#8212;#8212;受限于地理环境与季节性的约束。而且对于这些能源的利用需要特殊装置将其转化为可存储的能量。这个过程引起众多研究者的兴趣。

化学电源即电池，是一种将化学能通过化学反应直接转化成电能的装置。通过化学反应，消耗反应物，输出电能^[4]。在1859年，物理学家普兰特（Raymond Louis Gaston Plant#233; ）发明了世界上第一块铅酸蓄电池，至今已有一百多年的历史，在化学电源中一直占有绝对优势。而且由于其价格较低、原材料来源广泛，对使用温度较为宽松等优点。化学电源的发展^[5]经历了从铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电子电池到可充电电池的过程。这一发展趋势主要体现出，电池的能量密度在不断提高，对环境的污染性在逐渐减小，可循环利用性能在不断提高。然而随着国民经济的高速发展，对高精密度的电子产品以及电动汽车研究的加深，人们对电池的性能提出了更高的要求。

1962年，Herbert使用元素硫作为电池正极材料，这被认为是锂硫电池的起源^[6]。在20世纪80年代，锂基电池进入了工业化阶段。然而，锂硫电池的循环稳定性和安全性非常差，这是由于硫及其化合物（S，多硫化物和S）的绝缘性，多硫化物（简称PS）的”穿梭效应”，以及锂离子的不可逆溶解和沉积^[7]。当时这些问题没有得到有效解决，所以锂硫电池还没有完全发展。在20世纪90年代，研究重点转向了更稳定的钠硫电池系统和锂离子电池系统^[8]。直到最近，在能源和环境危机的压力下，对具有更高比能量的电池的需求变得比以往任何时候都更加紧迫，旨在取代传统的化石能源，如车辆等。因此，锂硫电池重新受到社会大众的高度关注。在目前，包括美国，日本，俄罗斯和欧盟在内的大多数发达国家都大力的发展锂硫电池技术。日本新能源和工业技术开发组织（NEDO）打算每年投资300亿日元（约24亿元人民币），旨在2020年开发具有500 Wh/ kg实际能量的锂硫电池。欧盟于2015年开启了”地平线2020”研发计划，计划投资760万美元使用锂硫电池的电动汽车。美国能源部还投入了大量人力和资源来支持锂硫电池的开发^[9]。同时，商用锂硫电池的研究和开发近年来在全球范围内取得了重大进展，包括Sion Power（美国），Polyplus（美国）和OxisEnergy（英国）等公司。 2010年，Sion Power公司在夜间展示了由太阳能电池供电的无人机（UAV）和夜间使用的锂硫电池（350 Wh/kg），创造了在无人机领域连续飞行14天的记录^[10]。中国人民解放军化学防御研究所（Chemical Defense Institute of the Chinese People#8217;s Liberation Army）开发了具有330 Wh/kg比能量的锂硫二次电池，在0.2C倍率的100次循环后可以保持60％的比容量^[11]。大连化学物理研究所开发出具有实际能量的锂硫原电池900 Wh/kg（1000 Wh/L），已经超过了大多数传统的主要电池^[12]。锂硫电池还可以产生与镍镉电池相当的高比功率，这使其对高能量、高功率应用非常有吸引力。与镍镉电池不同，锂硫电池不会受到记忆效应的影响，并且对过充电有很高的容错性。目前，锂硫电池在

领域内的技术优势如下^[13]：

（1）移动电子设备重量轻，使用时间长;

（2）满足低压电源消费类电子产品的要求;

（3）易于设计为柔性和可穿戴设备;

（4）适用于电动汽车和无人驾驶飞机;

（5）其使用与锂离子电池类似的生产线。