鋰硫電池被稱為是繼鋰離子電池之后下一代動(dòng)力電池體系的發(fā)展方向，然而其使用過(guò)程中產(chǎn)生的多硫化物導(dǎo)致電池性能衰退一直是影響鋰硫電池應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。近日，西安交大化工學(xué)院李明濤課題組設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種具有二維結(jié)構(gòu)的石墨烯保護(hù)層的正極材料，獲得了長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰硫電池。

 

鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰電池，作為一種高比能電池，具有價(jià)格低廉、儲(chǔ)備豐富、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，被譽(yù)為鋰離子電池之后下一代動(dòng)力電池體系的發(fā)展方向，其理論比能量高達(dá)2600Wh/kg，遠(yuǎn)高于目前商業(yè)化的鋰離子電池，也是破解新能源汽車“里程焦慮”備選項(xiàng)之一。然而鋰硫電池在實(shí)際應(yīng)用中，易溶于電解液的多硫化物(中間產(chǎn)物)形成“穿梭效應(yīng)”會(huì)直接導(dǎo)致差的電池循環(huán)壽命。因此，如何抑制多硫化物的穿梭在鋰硫電池正極研究中至關(guān)重要。

 

所謂穿梭效應(yīng)，指的是在充放電過(guò)程中，正極產(chǎn)生的多硫化物(Li2Sx)中間體溶解到電解液中，并穿過(guò)隔膜，向負(fù)極擴(kuò)散，與負(fù)極的金屬鋰直接發(fā)生反應(yīng)，最終造成了電池中有效物質(zhì)的不可逆損失、電池壽命的衰減、低的庫(kù)倫效率。

 

針對(duì)這一問(wèn)題，近日，西安交大化工學(xué)院、長(zhǎng)期從事新一代二次電池正極材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的李明濤課題組，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了一種二維插層結(jié)構(gòu)的g-C3N4/石墨烯夾層，如同在電池正負(fù)極之間構(gòu)建了多層“防鯊網(wǎng)”，不僅能通過(guò)物理和化學(xué)雙重作用阻擋多硫化物在正負(fù)極之間穿梭，還能加快鋰離子的擴(kuò)散，從而大大提升電池的循環(huán)壽命。

 

他們的研究成果對(duì)提升鋰硫電池電化學(xué)性能及進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化具有理論指導(dǎo)意義。前不久，該成果發(fā)表在國(guó)際著名期刊《可持續(xù)能源材料化學(xué)》（ChemSusChem）上，并入選為封面文章。

 

不久之前，中科院大連化物所在鋰硫二次電池技術(shù)研發(fā)中取得新進(jìn)展，所研制的能量型鋰硫電池的比能量經(jīng)第三方按照國(guó)軍標(biāo)要求的安全測(cè)試，從之前的520Wh/kg、570Wh/kg到609Wh/kg，刷新了二次電池比能量在同領(lǐng)域的領(lǐng)先位置。此次新研制的能量型鋰硫電池，還展示出了優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性：在-20℃的環(huán)境中，放電比能量達(dá)到400Wh/kg;在-60℃的極寒環(huán)境中仍可工作，表現(xiàn)出了顯著優(yōu)于鋰離子電池的低溫性能。此外，新研制的功率型鋰硫二次電池的持續(xù)放電倍率大于4C，脈沖可達(dá)10C。目前由中科院大連化物所研制開(kāi)發(fā)的鋰硫電池組已完成了與太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的全系統(tǒng)地面聯(lián)試，取得良好效果，通過(guò)了用戶驗(yàn)收。