硫化鋰化學(xué)性質(zhì)

白色結(jié)晶，密度2.912 g/cm³，m.p. 530 °C，遇水水解，可溶于乙醇和甘油。

硫化銣的晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系，它的晶體結(jié)構(gòu)與硫化鋰、硫化鈉和硫化鉀類似，都為反螢石型結(jié)構(gòu)，其空間群為Fm3m，晶格參數(shù)為 a =765.0 pm，且每單元位晶胞包含4個單元。

鋰硫二次電池由于其極高的理論能量密度（2600Wh/kg）成為近幾年來國內(nèi)外先進(jìn)化學(xué)電源的重要研發(fā)方向之一。然而，單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物的低電子電導(dǎo)率以及硫電極放電中間產(chǎn)物長鏈多硫化鋰的溶解阻礙了鋰硫二次電池的發(fā)展和應(yīng)用。該項(xiàng)目主要是通過制備具有較高電導(dǎo)率的金屬氧化物或聚合物與硫的復(fù)合正極材料，來提高硫基活性材料的利用效率并抑制多硫化物的溶解。所取得的主要研究結(jié)果有以下幾部分內(nèi)容：（1）制備了具有優(yōu)良電導(dǎo)率的介孔結(jié)構(gòu)的MoO2，通過熔融法填充硫單質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)MoO2的氧化骨架與硫之間能夠形成較強(qiáng)的S-O鍵合作用，從而有效抑制多硫化物從正極的溶解，同時(shí)MoO2的介孔結(jié)構(gòu)和高電導(dǎo)率有利于電子和鋰離子傳輸，使得MoO2/S復(fù)合物在作為鋰硫二次電池正極材料使用時(shí)，顯示出極好的充放電可逆性、循環(huán)穩(wěn)定性和高功率性能；（2）分別制備了中空微球結(jié)構(gòu)Fe3O4/硫和核殼結(jié)構(gòu)硫@聚吡咯兩種二元復(fù)合正極材料，借助于Fe3O4和聚吡咯優(yōu)良的電子電導(dǎo)率及其作為外層包覆殼的保護(hù)作用，復(fù)合材料具有較好的充放電性能；（3）分別制備了硫/微孔碳十二面體@TiO2和多級核殼結(jié)構(gòu)的硫@FeOOH@氧化石墨烯兩種三元復(fù)合正極材料，發(fā)現(xiàn)對硫正極的過度保護(hù)并不能使充放電性能提高，反而會適得其反，導(dǎo)致電池難于進(jìn)行可逆的充放電循環(huán)；（4）通過對硫電極進(jìn)行多種方式的保護(hù)，研究了硫正極過保護(hù)的作用機(jī)制。發(fā)現(xiàn)在碳/硫復(fù)合正極和碳紙夾層雙重保護(hù)下，電池在首次放電中硫單質(zhì)完全轉(zhuǎn)變?yōu)長i2S，多硫化物的溶解被完全抑制，電池難于進(jìn)行可以有效的充放電。而完全未被保護(hù)的純硫電極會產(chǎn)生多硫化物的過度溶解和嚴(yán)重的穿梭效應(yīng)，電池容量在長期循環(huán)中快速衰減。在碳紙夾層單一保護(hù)下的硫電極，顯示出極好的充放電性能，可逆容量高達(dá)1380 mAh g-1，在100次循環(huán)后容量仍保持有1070 mAh g-1，說明對硫電極的適度保護(hù)也即多硫化物的適度溶解是鋰硫二次電池可逆循環(huán)的先決條件。該項(xiàng)目的實(shí)施，不僅論證了借助于金屬氧化物的氧化骨架與硫之間較強(qiáng)的S-O鍵合作用抑制多硫化物溶解的可行性，而且發(fā)現(xiàn)高導(dǎo)電率的氧化物基體有助于提高硫基正極材料的高倍率性能，顯示出導(dǎo)電金屬氧化物在鋰硫二次電池中有著較好的應(yīng)用前景。此外，該項(xiàng)目的研究結(jié)果對硫正極的保護(hù)機(jī)制提供了一種全新的解釋，對鋰硫二次電池性能的進(jìn)一步優(yōu)化具有重要的理論和實(shí)踐指導(dǎo)作用。

鋰硫二次電池具有理論能量密度高（2600Wh/kg）、成本低廉、環(huán)境友好、自然資源豐富、安全性好等突出優(yōu)點(diǎn)，成為近幾年來國內(nèi)外先進(jìn)化學(xué)電源發(fā)展的重要方向之一。然而，單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物的低電子電導(dǎo)率、硫電極放電中間產(chǎn)物長鏈多硫化鋰的溶解、充放電過程中較大的體積形變等缺點(diǎn)限制了鋰硫二次電池的發(fā)展和應(yīng)用。本項(xiàng)目擬制備多種多孔結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物骨架來填充硫單質(zhì)，希望利用氧化骨架與多硫化物之間的鍵合作用來抑制多硫化物的溶解和提高電極材料的穩(wěn)定性，并優(yōu)先選用一些在硫電極的工作電壓范圍內(nèi)具有一定鋰離子傳輸和儲存能力、電子導(dǎo)電能力較高的過渡金屬氧化物（如Fe3O4、MoO2、LixMoO3和AgV2O5等）來填充硫單質(zhì)，從而改善鋰離子在硫基材料中的遷移，提高電極材料整體的利用效率和能量密度。此工作的開展，可拓寬改善硫基正極材料電化學(xué)性能的途徑和方法，提高實(shí)現(xiàn)鋰硫二次電池應(yīng)用的可能性。