保护环境、防止污染、减少石化燃料的使用,寻求可再生绿色能源、研发相应储存和转化技术,一直以来都是国际社会研究的热点,如太阳能、风能等。然而,太阳能和风能是间断的,如何经济地储存这些能量却很重要。二次电池是最可行的储存能量的方法之一[1]。从铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池到锂离子电池,为人类在各个领域进行了诸多服务。特别是锂离子电池,在过去的二十年里,已取得了有目共睹的发展并成功地实现了商业化。锂离子电池具有放电电压高、能量密度高与绿色环保等优点,在包括手机、平板电脑、数码相机等便携式电子设备中占据着重要的位置。电动汽车、智能网络、航空航天与空间技术的飞速发展,使得人们对锂离子电池的各项性能指标提出了更高的要求[2,3]。如图1.1所示,当前已经商业化的锂离子电池材料,如磷酸铁锂、钴酸锂等因受理论容量的限制,能量密度很难突破300Whkg-1,然而电动汽车若要实现500km的续航里程,所需电池的能量密度要达到550Whkg-1[4,5]。因而,开发具有高能量密度、长循环寿命、安全可靠、成本低廉并且环境兼容性好的储能材料已成为近些年研究的热点之一。在这种情况下,人们将目光转向了高能量密度电极材料和新型的锂二次电池体系,如锂硫电池、锂空气电池等[6,7]。电池材料的能量密度通常包括两个部分:活性材料的能量密度和非活性材料(包括导电剂、粘结剂等)所占的比重。因而,寻找具有高理论能量密度的活性材料,或者减少非活性材料所占的比重都是提高电池整体能量密度的方法。此外,负极材料的能量密度远高于正极材料,使得目前锂离子电池的能量密度主要受限于正极材料。表1.1列出了一些正极材料的理论能量,可以看到单质硫具有很高的理论比容量(1675mAhg-1),是当前锂离子电池正极材料的3~5倍。此外元素硫还具有储量丰富、成本低廉、环保无毒等优点。因而硫单质被认为是一种极具吸引力的二次锂电池正极活性材料。1
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