鋰硫電池過(guò)去曾受到大力開(kāi)發(fā)。然而，由于其固有的降解方式——多硫化物穿梭——導(dǎo)致其化學(xué)性質(zhì)受到限制。
Li2Sx形式的多硫化物在正極中生成，并穿梭進(jìn)入電解質(zhì)，有效地濾除活性物質(zhì)。這些多硫化物還可以到達(dá)負(fù)極，并開(kāi)始其自身的氧化還原反應(yīng)循環(huán)，從而降低電池的有效氧化還原電位。多硫化物還會(huì)在負(fù)極形成一層不溶性的Li2S層，阻礙離子傳輸。多硫化物穿梭的總體效應(yīng)是顯著降低電池的庫(kù)侖效率，嚴(yán)重影響電池壽命。
鋰金屬枝晶的形成也是一個(gè)問(wèn)題，盡管它的影響往往不如多硫化物穿梭電池那么嚴(yán)重。鋰枝晶在陽(yáng)極形成并滲入電解液，發(fā)生不可逆反應(yīng)，導(dǎo)致電池活性物質(zhì)還原。此外，在充電和放電過(guò)程中，硫陰極會(huì)發(fā)生顯著膨脹——放電時(shí)膨脹率高達(dá)80%。這會(huì)給陰極結(jié)構(gòu)帶來(lái)相當(dāng)大的壓力，并可能通過(guò)裂紋的形成和成核降低電池整體的接觸電導(dǎo)率。
可以通過(guò)多種方式抵消多硫化物穿梭。最顯而易見(jiàn)的方法可能是使用固體電解質(zhì)，因?yàn)檫@可以阻止多硫化物穿梭。然而，由于硫本身就是不良導(dǎo)體，這會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)與正極界面處的電導(dǎo)率顯著降低。替代液體電解質(zhì)是更有吸引力的選擇。多硫化物可溶于目前用于石墨負(fù)極鋰離子電池的液體電解質(zhì)中。然而，也存在一些多硫化物不溶于其他溶液的物質(zhì)，例如環(huán)狀醚、短鏈醚和乙二醇醚。
或者，可以使用隔膜/隔板來(lái)阻止多硫化物穿梭。所選隔膜必須具有選擇性，允許鋰離子通過(guò)，但不允許多硫化物通過(guò)。
陰極膨脹問(wèn)題可以通過(guò)替代陰極結(jié)構(gòu)來(lái)解決，例如耐膨脹的晶格或更強(qiáng)的粘合劑。替代材料可以開(kāi)發(fā)不含粘合劑的單一材料結(jié)構(gòu)，從而顯著提高集流體的剛性。硫化聚丙烯腈(SPAN)就是一個(gè)例子。
鋰硫電池比能量較高，但能量密度較低，因此特別適合應(yīng)用于航空、國(guó)防和海事領(lǐng)域，尤其是無(wú)人機(jī)(UAV)。然而，預(yù)計(jì)這種化學(xué)技術(shù)也將在電動(dòng)汽車，尤其是重型電動(dòng)汽車中得到應(yīng)用。IDTechEx 預(yù)測(cè)，到 2035 年，全球鋰硫電池產(chǎn)量將超過(guò) 14 吉瓦時(shí)。
