锂负极的保护措施和方法

锂硫电池能成为最具吸引力的新能源之一，除了正极材料硫具有高比能量、环境友好、价格低廉等优点外，负极材料锂也功不可没。锂是最轻的金属，其理论比容量高达3 860 mAh/g，是锂离子电池负极材料石墨的理论比容量（372 mAh/g）的10 多倍。此外，锂的电极电势较低（ - 3.045 V vs·SHE），用其做负极能获得较高的工作电压及比能量。

锂硫电池与传统锂离子电池的不同之处是在首次放电过程中，几乎所有的硫正极材料都会转变成长链的多硫化锂：

长链的多硫化锂又会溶解在电解液中，并向负极扩散，与锂负极发生化学反应，导致电池产生自放电现象和生成不溶的Li2 S 和Li2 S2：

由于Li2 S 和Li2 S2 不溶解，不能参与氧化还原反应，部分硫活性物质失活，硫的实际利用率降低。另外，Li2 S 和Li2 S2 在锂表面的沉积会形成一层钝化层，使锂电极的表面性能变差，降低甚至完全阻止锂负极与电解液的反应，使得锂硫电池的循环性变差。

为了解决上述问题，目前对锂电极的保护主要有以下两种途径：①预处理锂负极，使其表面形成一层保护层；②加入电解液添加剂，充放电过程中在锂表面形成一层保护膜。

（1）预处理锂负极

预处理锂负极的主要目的是在锂表面形成一层保护层，使锂负极不能直接与电解液接触，阻止其与多硫化锂反应，同时，该保护层还必须能容许锂离子自由通过，从而提高锂硫电池的性能。Lee 等通过紫外光辐照将乙二醇二甲基丙烯酸酯单体在金属锂表面聚合生成一层10 μm 左右厚的保护层，研究结果表明，用预处理锂片做负极的聚合物锂硫电池未出现Shuttle效应，电荷转移电阻较小，表现出良好的循环性能，100 次循环后的放电比容量约为270 mAh/g。(www.xing528.com)

（2）加入电解液添加剂

电解液添加剂对锂的保护机制主要有两种：①在充放电过程中通过物理吸附或化学变化等在锂表面形成一层保护膜；②在充放电过程中与多硫化物作用，减少或阻止多硫化物对锂的腐蚀。

图1.2　DOL/LiTFSI/Li2 S6/LiNO3 溶液中不同组分对锂电极表面的影响