射頻磁控濺射法在鋰硫電池改性研究中的應用

張靜 江海燕 劉彩霞 楊艷芳 徐元英

1概述

鋰硫（Li-S）電池是一種極具發展前景的新型電源系統，近年來該領域的研究取得了長足的進步。鋰硫電池的優勢在于其環保經濟，而目正極活性物質硫，在自然界中的儲備極為豐富，硫的理論比容量高達1675mAh/g，但是該系統也具有一些與生俱來的缺點，限制了其大規模的應用和商業化發展。具體來說，主要包括：①硫的電子導電性差，必須以導電材料為載體，降低了正極材料的比容量;②充放電過程中產生的氧化還原反應產物多硫化鋰易溶于電解液，并在濃度梯度的作用下向負極擴散，形成“穿梭效應”，導致負極被腐蝕，電池性能下降;③氧化還原反應過程中正極有明顯的體積膨脹和收縮，導致電極結構被破壞，電池的綜合性能迅速衰減，并伴有安全隱患。科研人員進行了多方面的研究和嘗試：設計和制備了各種多維結構的碳材料，作為單質硫的導電載體，以提高正極的導電性;對電極材料進行包覆修飾，以維持其結構長期穩定;在正極與隔膜之間插入多孔薄膜作為導電夾層，抑制和攔截多硫離子的穿梭，等等。

目前報道的絕大部分改性研究均采用各種化學方法，相對而言物理方法的應用一直鮮見于報道。筆者團隊在此方面進行了創新與嘗試，采用物理氣相沉積方法，射頻磁控濺射法，進行鋰硫電池正極材料的制備和改性，獲得了明顯成效，電池性能得到顯著提升。磁控濺射已被廣泛應用于金屬和合金材料的制備，其優點是高速、低溫、低損傷、成本低廉、經濟環保，并且設備簡單、易于控制、鍍膜面積大、致密性好、薄膜和襯底之間附著力強。……