“在同等质量下，锂硫电池可拥有传统锂离子电池6-7倍的电量。如果把锂硫电池应用到手机上，手机待机时间将大幅度增长。”7月15日，在首届中国-新加坡前沿科技创新大会暨中国-新加坡青年学者论坛上，美国医学与生物工程院院士、国家“千人计划”特聘教授李长明把这一研究的最新动向带到了大会暨论坛上。他表示，此次参会的专家学者来自国内外的高层次研究机构，这样高质量的学术交流对于科研工作大有裨益。

据李长明介绍，锂离子电池作为充电电池，在通讯、移动电子设备、电动汽车、航空航天等多个领域应用广泛，是目前普遍采用的充电电池。锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。近年来，锂硫电池以其能量密度高、体积小、污染少等特点而备受关注，成为高能新型电池的主要研究方向之一。

“硫虽具有无毒性、对环境友好、价格低廉等特点，但它是电子和离子绝缘体，很难作为正极材料单独使用。因此我们在研究时，加入了具有导电性的石墨烯材料，做一些石墨烯的应用开发。”他表示，从实验室测试的数据来看，锂硫电池的使用寿命现在还只有300-400次，达不到锂离子电池的700-800次，但很多研究者已经在做相关研究，未来锂硫电池的使用寿命将与锂离子电池相当。

李长明还透露，他们准备在深圳建设锂硫电池产业化基地，预计3-5年之后，锂硫电池有望实现规模化生产。

对于此次科技创新大会，李长明表示：“学术会议的意义也不止于科技创新的交流。”他说，国际性的学术会议还能推介重庆的品牌形象，提升城市知名度。下一步，李长明和由他任会长的重庆市产学研合作促进会还计划在各界支持下推出重庆国际高端学术论坛，吸引全球高层次人才来渝“献智”。

【锂硫电池】

锂硫电池是锂电池的一种，截止2013年尚处于科研阶段。锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到 1675m Ah/g 和 2600Wh/kg ，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池。

充放电原理

典型的锂硫电池一般采用单质硫作为正极，金属锂片作为负极，它的反应机理不同于锂离子电池的离子脱嵌机理，而是电化学机理。

锂硫电池以硫为正极反应物质，以锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。根据单位质量的单质硫完全变为S2-所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675 mAh/g，同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860 mAh/g。锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂(Li2S)时。相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600 Wh/kg。

硫电极的充电和放电反应较复杂，截止2013年对硫电极在充电和放电反应中产生的中间产物还没有明确的认识。锂负极与硫正极的充放电反应如式(1-1)至式(1-4)所示，硫电极的放电过程主要包括两个步骤，分别对应两个放电平台。式(1-2)对应S8的环状结构变为Sn2-(3≤n≤7)离子的链状结构，并与Li+结合生成Li2Sn，该反应在放电曲线上对应2.4—2.1V附近的放电平台。式(1-3)对应Sn2-离子的链状结构变为S2-和S22-并与Li+结合生成Li2S2和Li2S，该反应对应放电曲线中2.1—1.8V附近较长的放电平台，该平台是锂硫电池的主要放电区域。Yuan Lixia等人研究了锂硫电池中硫正极的电化学反应过程。他们认为放电时位于2.5—2.05V电位区间对应单质硫还原生成可溶的多硫化物及多硫化物的进一步还原，位于2.05—1.5V电位区间对应可溶的多硫化物还原生成硫化锂固态膜，它覆盖在导电碳基体表面。充电时，硫电极中Li2S和Li2S2被氧化S8和Sm2-(6≤m≤7)，并不能完全氧化成S8，该充电反应在充电曲线中对应 2.5 ~ 2.4V 附近的充电平台。

解决方法

主要的解决方法从电解液和正极材料两个方面入手。第一是电解液方面，主要用醚类的电解液作为电池的电解液，电解液中加入一些添加剂，可以非常有效的缓解锂多硫化合物的溶解问题。第二是正极材料方面，主要是把硫和碳材料复合，或者把硫和有机物复合，可以解决硫的不导电和体积膨胀问题。

存在的问题

锂硫电池主要存在三个主要问题：1、锂多硫化合物溶于电解液;2、硫作为不导电的物质，导电性非常差，不利于电池的高倍率性能;3、硫在充放电过程中，体积的扩大缩小非常大，有可能导致电池损坏。

锂硫电池存在的问题主要有：

第一、单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10-30S·cm-1)，反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能

第二、为锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中,增加电解液的黏度，降低离子导电性。多硫离子能在正负极之间迁移，导致活性物质损失和电能的浪费。(Shuttle效应)。溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极,与负极反应,破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。

第三、锂硫电池的最终放电产物Li2Sn(n=1~2)电子绝缘且不溶于电解液,沉积在导电骨架的表面;部分硫化锂脱离导电骨架,无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物,造成了容量的极大衰减。

第四、硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g·cm-3,在充放电过程中有高达79%的体积膨胀/收缩,这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变,导致硫与导电骨架的脱离,从而造成容量的衰减;这种体积效应在纽扣电池下不显著,但在大型电池中体积效应会放大,会产生显著的容量衰减，有可能导致电池的损坏，巨大的体积变化会破坏电极结构

第五、锂硫电池使用金属锂作为负极,除了金属锂自身的高活性,金属锂负极在充放电过程会发生体积变化,并容易形成枝晶。

第六、锂硫电池实验室规模的研究开展较多,单位面积上硫载量一般都在3.0mg·cm-2以下,开展高负载量极片的研究对于获得高性能锂硫电池具有重要价值。