文 献 综 述

锂硫电池用聚合物电解质研究进展

1 引言

随着移动通讯、便携式电子设备、空间技术、高效能源存储转化技术和电动汽车等领域的迅速发展，以及人们对能源危机和节能环保意识的不断提高，高比能量，长循环寿命、低成本和绿色环保的新型锂离子电池成为各国研究与开发的热点。相较于其他锂离子电池，如钴酸锂电池、锰酸锂电池等，锂硫电池具有更高的能量密度，理论值可达2600Wh/kg，这能够大幅度提高电动汽车的续航里程。此外，单质硫储量丰富、价格低廉、环境友好，在安全性方面也有明显优势，因而锂硫电池成为高能电池技术领域的前沿和研究热点。但是，正极活性物质单质硫的电绝缘性和充放电过程中的产物多硫化锂在电解液中的溶解扩散而致使锂硫电池的容量迅速下降，循环寿命难以满足实用要求，限制了锂硫电池的商业应用。

电解质是锂硫电池的重要组成部分，是决定锂硫电池循环寿命、安全性等综合性能优劣的关键因素之一。由于充放电过程产物多硫化锂在有机电解液中的溶解，造成阴极的解体而导致电池的正极活性物质的利用率低和循环性能差等严重问题，因而目前商品化的碳酸酯有机电解液体系并不适合应用在锂硫电池体系。因此，设计和应用优异性能的新型电解质体系取代传统的有机电解质体系来解决放电产物的溶解所导致的电池循环寿命差的问题以及改善电解质与锂金属电极的界面稳定性，提高锂硫电池的安全性，已成为国内外研究的热点。

2 聚合物电解质

锂电池电解质根据存在形态的不同可以分为液态电解质和聚合物电解质，其中液态电解质主要包括传统的非质子有机溶剂以及新出现的硅氧类，离子液体类的电解质。而聚合物电解质则主要包括全固态聚合物电解质和凝胶类聚合物电解质等。

如前所述，目前商用的液态电解质并不适用于锂硫电池体系。而相较于液态有机电解质，聚合物电解质具有与电极材料间的反应活性低、质量轻、易加工，安全性高且成本较低等优点。这使得越来越多的研究人员投入精力，试图克服聚合物电解质室温离子电导率的缺点，使其良好地应用于锂硫电池体系，以期实现锂硫电池的商业化。

2.1 聚合物电解质的发展状况

1973年报道的PEO-碱金属盐复合物具有离子导电性说明聚合物能导电，从而引起了人们对离子导电性聚合物的关注。经过多年的发展，各种类型的聚合物电解质层出不穷，按照聚合物形态可分为全固态聚合物电解质（Solid Polymer Electrolyte）和凝胶聚合物电解质（Gel Polymer Electrolyte,GPE）。两者的主要区别是后者含有液体增塑剂，而前者不添加增塑剂。全固态聚合物电解质通常以聚合物作为基体，掺入易解离的锂盐制得。但由于其高的结晶度，使得其室温离子电导率很低，约为10^-7S/cm^-1，而且具有较大的温度依赖性，远不能满足一般锂硫电池的实用要求。而凝胶聚合物电解质兼顾聚合物的良好的加工性能和液体电解质的高离子电导率，既具有固体的粘结性，又具有液体的扩散传输性质。从而改善了使用液态电解质的锂硫电池的可能出现安全性问题以及多硫化锂的溶解问题，且电池的外形设计灵活，可连续生产，有望使锂硫电池成为可以商业化的产品。