新材料提升全固態(tài)鋰硫電池能量密度

科技日報(bào)2024年9月9日報(bào)道，記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所研究員武建飛帶領(lǐng)的先進(jìn)儲能材料與技術(shù)研究組，研發(fā)出用于全固態(tài)鋰硫電池的新型硫化鋰正極材料，能量密度超600瓦時每千克。與目前已商業(yè)化的鋰離子電池相比，其能量密度高出1倍有余，且成本更低，為開發(fā)高能量密度的全固態(tài)電池提供了新方法和思路。相關(guān)論文發(fā)8月26日在線發(fā)表于國際期刊《Small》。

硫化物全固態(tài)電池具有高能量密度、快速充放電、低溫性能優(yōu)異以及高安全性、長壽命等優(yōu)點(diǎn)。然而，硫化物全固態(tài)電池正極材料的研究長期以來存在挑戰(zhàn)。例如，硫化鋰正極導(dǎo)電性差，這直接影響電池充放電速度和能量輸出。

研究團(tuán)隊(duì)利用銅離子、碘離子共摻雜策略，有效提高硫化鋰正極的導(dǎo)電性及反應(yīng)活性。測試結(jié)果表明，同常規(guī)硫化鋰正極相比，共摻雜硫化鋰正極的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)提高5個數(shù)量級，電子電導(dǎo)率提高2個數(shù)量級，從本征上解決了硫化鋰正極導(dǎo)電性差的問題。

這一策略顯著提高了電池的容量、倍率及循環(huán)性能。研究表明，在室溫條件下，經(jīng)過改性的硫化鋰正極在低倍率下放電容量是原始材料的6.65倍。即使在高倍率下充放電，電池仍能保持較高容量，顯示出優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性。

武建飛介紹，該硫化鋰正極材料顯示出每克1 165.23毫安時的高比容量，接近理論值每克1 167毫安時。在常溫下循環(huán)6 200次后，其容量仍可保持84.4%。搭配商業(yè)化的硅碳負(fù)極組裝全電池后，常溫下循環(huán)400次放電，電池比容量仍能保持在初始容量的97%以上。

（2024年9月9日 宋迎迎 科技日報(bào)）