鋰硫電池被稱為是繼鋰離子電池之后下一代動力電池體系的發(fā)展方向，然而其使用過程中產生的多硫化物導致電池性能衰退一直是影響鋰硫電池應用的瓶頸問題。近日，西安交大化工學院李明濤課題組設計開發(fā)了一種具有二維結構的石墨烯保護層的正極材料，獲得了長循環(huán)壽命的鋰硫電池。

 

鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池，作為一種高比能電池，具有價格低廉、儲備豐富、綠色環(huán)保等特點，被譽為鋰離子電池之后下一代動力電池體系的發(fā)展方向，其理論比能量高達2600Wh/kg，遠高于目前商業(yè)化的鋰離子電池，也是破解新能源汽車“里程焦慮”備選項之一。然而鋰硫電池在實際應用中，易溶于電解液的多硫化物(中間產物)形成“穿梭效應”會直接導致差的電池循環(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重要。

 

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

 

針對這一問題，近日，西安交大化工學院、長期從事新一代二次電池正極材料開發(fā)與應用的李明濤課題組，創(chuàng)造性地設計了一種二維插層結構的g-C3N4/石墨烯夾層，如同在電池正負極之間構建了多層“防鯊網”，不僅能通過物理和化學雙重作用阻擋多硫化物在正負極之間穿梭，還能加快鋰離子的擴散，從而大大提升電池的循環(huán)壽命。

 

他們的研究成果對提升鋰硫電池電化學性能及進一步實現產業(yè)化具有理論指導意義。前不久，該成果發(fā)表在國際著名期刊《可持續(xù)能源材料化學》（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研發(fā)中取得新進展，所研制的能量型鋰硫電池的比能量經第三方按照國軍標要求的安全測試，從之前的520Wh/kg、570Wh/kg到609Wh/kg，刷新了二次電池比能量在同領域的領先位置。此次新研制的能量型鋰硫電池，還展示出了優(yōu)異的環(huán)境適應性：在-20℃的環(huán)境中，放電比能量達到400Wh/kg;在-60℃的極寒環(huán)境中仍可工作，表現出了顯著優(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10C。目前由中科院大連化物所研制開發(fā)的鋰硫電池組已完成了與太陽能無人機的全系統地面聯試，取得良好效果，通過了用戶驗收。