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什么是鋰空氣電池和鋰硫電池？
①鋰空氣電池
鋰空氣電池以氧氣為正極反應物，金屬鋰為負極，具有很高的理論能量密度（3500wh/kg），其實際能量密度可達500-1000wh/kg，遠高于常規的鋰離子電池體系。鋰空氣電池由正極、電解液和負極組成，在非水電池體系中，目前多以純氧為反應氣體，因此鋰空氣電池又可稱為鋰氧氣電池。
1996年，Abraham等人在實驗室中成功組裝了第一個非水系鋰空氣電池。隨后研究人員開始關注非水系鋰空氣電池的內在電化學反應及機理研究；2002年，Read等人發現鋰空氣電池的電化學性能依賴于電解液溶劑及空氣正極材料；2006年，Ogasawara等人利用質譜儀，首次證明Li2O2在充電時被氧化并釋放氧氣，即證實了Li2O2的電化學可逆性。鋰空氣電池因此得到大量關注和快速發展。
②鋰硫電池
鋰硫電池是基于高比容量硫（1675mAh/g）和鋰金屬（3860mAh/g）的可逆反應的二次電池體系，平均放電電壓約為2.15V。其理論能量密度可達2600wh/kg。其原材料具有成本低廉、環境友好等優勢，因此極具發展潛力。鋰硫電池的發明可以追溯到20世紀60年代，當時Herbert和Ulam申請了一項電池專利，此鋰硫電池的原型使用鋰或鋰合金作為負極材料，硫作為正極材料和由脂肪族飽和胺組成的電解液。幾年后，通過引入PC、DMSO和DMF等有機溶劑使鋰硫電池得到改進，得到了2.35-2.5V的電池。到20世紀80年代末，醚類被證明可以用于鋰硫電池。此后的研究中，醚基電解液的發現、LiNO3作為電解液添加劑的使用以及碳/硫復合正極的提出等成果的出現開啟了鋰硫電池的研究熱潮。
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鋰空氣電池和鋰硫電池工作原理
①鋰空氣電池
鋰空氣電池按照所用電解液的不同狀態，可分為水體系、有機體系、水-有機混合體系以及全固態鋰空氣電池。其中由于使用了水基電解液的鋰空氣電池的比容量較低，且金屬鋰保護存在困難，體系可逆性較差，因此非水系的有機鋰空氣電池和全固態鋰空氣電池在目前得到更加廣泛的研究。非水基鋰空氣電池，在1996年由Abraham和Z.Jiang首先提出，放電反應方程式如圖1公式所示，充電反應與之相反，電解質主要采用有機電解液或固態電解質，放電產物主要為Li2O2，產物不溶于電解質，容易在空氣正極堆積，影響鋰空氣電池的放電容量。
鋰空氣電池有著超高能量密度、環境友好以及價格低廉等優勢，但其研究尚屬初級階段，仍存在很多問題亟待解決，例如氧氣還原反應的催化、空氣電極透氧疏水性、空氣電極失活等。
②鋰硫電池
鋰硫電池主要使用單質硫或硫基化合物為電池正極材料，負極主要使用金屬鋰。在放電過程中，位于負極的金屬鋰被氧化失去一個電子，并產生鋰離子；然后電子通過外部電路轉移到正極，所產生的鋰離子也同時通過電解液轉移到正極與硫元素反應形成多硫化鋰（LiPSs），再進一步反應生成硫化鋰，完成放電過程。在充電過程中，LiPSs中的鋰離子通過電解液回到負極，同時電子通過外部電路回到負極與鋰離子形成鋰金屬，LiPSs在正極被還原為硫完成充電過程。
鋰硫電池的放電過程主要是在硫正極上進行多步驟、多電子、多相的復雜電化學反應，不同鏈長的LiPSs在充放電過程中相互轉化。在放電過程中，正極可能發生的反應如圖2，負極反應如圖3。
鋰硫電池的優勢非常明顯，如具有非常高的理論容量；材料中沒有氧，不會發生析氧反應，因而安全性能好；硫資源豐富且單質硫價格低廉；對環境友好，毒性小等。但鋰硫電池也存在以一些挑戰性的問題，如多硫化鋰穿梭效應問題；單質硫及其放電產物的絕緣性問題；體積變化大的問題；鋰負極引起的不穩定SEI和安全性問題；自放電現象等。
鋰空氣電池和鋰硫電池作為新一代二次電池體系，具有非常高的理論比容量值，受到研究者和二次電池市場的廣泛關注。目前，這兩種電池仍然面臨較多的科學與技術問題，處于電池開發早期研究階段，除了電池正極材料的比容量和穩定性需要進一步提高外，電池安全性等關鍵問題也亟待解決。未來這兩種新型電池還需要不斷進行技術改進以消除其缺陷，以便開拓更加廣闊的應用前景。
參考來源：
1、孟楠.鋰空氣電池聚合物電解質及其與電極界面穩定性的研究
2、郭煥煥.高性能鋰空氣電池中金屬鋰負極穩定性研究
3、陳偉.電極界面離子調控對鋰硫電池電化學性能的影響研究
4、馬俊勝.石墨烯基鋰硫電池的正極設計與性能研究
（中國粉體網編輯整理/文正）
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