原標題：新材料提升 全固態鋰硫電池性能

來源：科技日報

原標題：新材料提升 全固態鋰硫電池性能

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科技日報訊 （記者宋迎迎）記者8月10日從中國科學院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱“青島能源所”）獲悉，該所先進儲能材料與技術研究組開發出一種高容量硫化物復合正極材料，其比容量是當前三元正極的5倍以上。這一成果不僅為全固態鋰硫電池的正極結構設計提供了一種新策略，也有助于全固態鋰硫電池實現商業化應用。相關研究成果日前發表于國際學術期刊《能量儲存雜志》。

硫化物全固態電池是世界前沿技術，有望顛覆性解決傳統有機電解液電池易燃、易爆等安全性問題，并突破充電速度慢、低溫性能差、能量密度低等瓶頸。研究表明，采用硫化物固態電解質、以硫化鋰作為正極，可將電池能量密度提升至液態鋰電池的兩倍。未來，若采用硫正極匹配金屬鋰負極，電池能量密度有望進一步提升。硫化鋰和硫被視為全固態電池未來正極材料的最優選擇。

然而，全固態電池硫化物正極的研究仍然存在挑戰。硫和硫化鋰的轉化為相變過程，反應電化學活性低，導致比容量難以提升。而且，反應過程中的體積變化會引起界面接觸阻抗增大，造成循環容量衰減和倍率性能變差。

青島能源所研究員武建飛帶領團隊經過長期研究，采用磷修飾碳納米管包覆策略制備了硫化物復合正極。武建飛介紹，磷修飾碳納米管具有更大比表面積和更多含氧基團，增強了硫正極與固體電解質之間的界面接觸和穩定性。

“磷修飾碳納米管可以在復合正極中形成三維導電網絡，有效促進電子的遷移和離子的擴散，同時提高硫的利用率。”武建飛說，由此制備的全固態鋰硫電池，可實現每克1506.3毫安時的高比容量，經過1400次循環后容量保持率高達70.4%。

在此基礎上，研究團隊采用硫氣相沉積和機械球磨的方法，設計了一種獨特的摻鎳三相界面復合正極，碳納米管的物理限制緩解了硫在充放電過程中的體積膨脹，鎳的微量摻雜有利于催化硫與硫化鋰轉化，可提高復合正極的電化學性能。以此為正極的全固態鋰硫電池在60攝氏度條件下放電比容量達每克1519.3毫安時，接近理論比容量。在室溫下，放電比容量依然高達每克1060.9毫安時。物理限制和化學催化的協同效應，提高了全固態鋰硫電池的電化學性能，實現了室溫下高比容量硫化鋰的創新突破。

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