Li₂S復(fù)合材料作為鋰硫電池正極材料，不僅具有較高的理論比容量，還可用高嵌鋰能力的碳或硅材料代替金屬鋰負(fù)極，有效避免鋰枝晶刺穿隔膜造成的短路現(xiàn)象，成為研究者廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)，鋰硫電池也被認(rèn)為是最有前途的新一代電池。目前Li₂S復(fù)合材料主要分為3類復(fù)合材料，分別為：Li₂S/金屬、Li₂S/碳、Li₂S/導(dǎo)電聚合物。下面小編就上述三種Li₂S復(fù)合材料進(jìn)行簡要介紹。

一、Li₂S/金屬復(fù)合材料

Li₂S/金屬復(fù)合材料是以Li₂S和Fe粉（摩爾比為1∶2）為原料，采用高能球磨制備正極復(fù)合材料。目前加入的金屬粉體主要有Fe、Co 等。

鋰硫電池示意圖

Li₂S/金屬復(fù)合正極材料優(yōu)點(diǎn)是：復(fù)合電極表現(xiàn)出明顯的電化學(xué)性能優(yōu)勢。

缺點(diǎn)是：在脫鋰過程中，金屬與其化合物之間不可逆的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致了活性物質(zhì)的損失，同時(shí)在電化學(xué)循環(huán)過程中伴隨著極化。

二、Li₂S/碳復(fù)合材料

Li₂S/C復(fù)合材料不僅可以提高Li₂S正極復(fù)合材料的電子電導(dǎo)率和電化學(xué)活性，還可以減小了多硫化物的溶解。Li₂S/C復(fù)合材料主要有：Li₂S/炭黑復(fù)合材料、Li₂S/碳納米管復(fù)合材料、Li₂S/多孔碳復(fù)合材料、Li₂S/石墨烯復(fù)合材料。

1、Li₂S/炭黑復(fù)合材料

Li₂S/炭黑復(fù)合材料制備方法有高能球磨法和化學(xué)氣相沉積法。

（1）高能球磨法

高能球磨法制備Li₂S/炭黑復(fù)合材料是將Li₂S和炭黑（CB），使用吡咯作為黏結(jié)劑，在高能球磨機(jī)中混合，然后燒結(jié)，制備Li₂S/炭黑（摻氮碳）核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

優(yōu)點(diǎn)是：摻氮碳封裝核殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對活性物質(zhì)有很強(qiáng)的束縛作用，極大地提高了其利用率，電池比容量可以達(dá)到理論比容量的88%（1029mA?h/g），循環(huán) 100 次后比容量保持為652mA?h/g。

高能球磨法制備核殼結(jié)構(gòu)Li2S/炭黑復(fù)合材料示意圖

（2）化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是以炭黑為碳源，通過氣相沉積技術(shù)在Li₂S 粉體（平均粒徑為100nm）表面沉積大約 20nm 的 C 層，最終獲得納米結(jié)構(gòu)的Li2S/炭黑復(fù)合材料。

優(yōu)點(diǎn)是：納米結(jié)構(gòu)使得鋰離子的擴(kuò)散距離很短，電子傳輸迅速，且緩解了多硫化物在充放電過程中的溶解，因此電池具有很高的初始放電比容量（1083.5mA?h/g），循環(huán)200次后比容量還能保持為766.3mA?h/g。

納米結(jié)構(gòu)Li2S/炭黑復(fù)合材料SEM圖

2、Li₂S/碳納米管復(fù)合材料

Li₂S/碳納米管復(fù)合材料制備工藝是首先將碳納米管（MWCNTs）在 600℃下去除水分和雜質(zhì)后，加入硫化鋰的無水乙醇溶液中，超聲攪拌待溶劑揮發(fā)后在 400℃下熱處理，Li₂S 在分散的過程中沉積在碳納米管上，制得 Li₂S/碳納米管復(fù)合材料。

優(yōu)點(diǎn)是：獨(dú)特的夾層結(jié)構(gòu)電極不但有利于離子和電子的傳輸，而且能夠有效阻止電極在循環(huán)過程中中間產(chǎn)物的流失。

Li₂S/碳納米管復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)電極示意圖

3、Li₂S/多孔碳復(fù)合材料

Li₂S/多孔碳復(fù)合材料是以Li₂SO4和C為原料，通過高能球磨使其在低于Li₂SO4熔點(diǎn)（820℃）的溫度下發(fā)生碳熱還原反應(yīng)，然后與多孔碳復(fù)合，制備出的納米級Li₂S/多孔碳復(fù)合材料。

納米級Li₂S/多孔碳復(fù)合材料SEM圖

Li₂S/多孔碳復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)是：充放電過程中產(chǎn)生的聚硫化物束縛在正極材料中，避免其溶于電解液中，減緩穿梭效應(yīng)，提高了活性物質(zhì)S的利用率、電池的倍率性能和循環(huán)性能。

4、Li₂S/石墨烯復(fù)合材料

Li₂S/石墨烯復(fù)合材料制備方法是把Li₂S的無水乙醇溶液滴加到石墨烯片層表面，待溶劑揮發(fā)后通過CVD法在Li₂S/石墨烯表面沉積C層，得到納米Li₂S/石墨烯復(fù)合正極材料，在0.5C倍率下循環(huán)700次后比容量為724mA·h/g，容量保持率為97%。

Li₂S/石墨烯復(fù)合材料制備工藝流程

Li₂S/石墨烯復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)是：具有良好的倍率性能和循環(huán)性能。納米級Li₂S在電極結(jié)構(gòu)中能夠均勻地分布，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象。均勻分布及尺寸細(xì)小的納米Li₂S能夠更好地與電解液接觸，在電化學(xué)反應(yīng)中能夠被充分活化，其電化學(xué)反應(yīng)面積更大，有助于充放電過程中離子、電子地快速傳導(dǎo)。

三、Li₂S/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料

Li₂S/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料是通過導(dǎo)電聚合物聚吡咯（PPy）對Li₂S進(jìn)行包覆，制備了Li₂S/PPy復(fù)合材料。

Li₂S/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)是：材料導(dǎo)電性能好，PPy較大的比表面積可以吸附放電過程中產(chǎn)生的多硫化物，減少其在電解液中的溶解，從而降低了電池容量的衰減。

參考文獻(xiàn)：1、姚真東，魏巍，王久林等，鋰硫二次電池正極研究進(jìn)展。

2、楊娟，周向陽，唐晶晶等，一種鋰離子電池用硫化鋰-多孔碳復(fù)合正極材料及制備方法。

作者：李波濤