近日，西安交大化工學(xué)院李明濤課題組在影響鋰硫電池應(yīng)用的瓶頸問題上取得了突破，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種具有二維結(jié)構(gòu)的石墨烯保護(hù)層正極材料，獲得了長循環(huán)壽命的鋰硫電池。

具體原理為，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。

在我國，鋰硫電池的開發(fā)相對較晚，仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，實(shí)際應(yīng)用非常少。鋰硫電池充放電過程中間產(chǎn)物多硫化鋰的溶解引起穿梭效應(yīng)，也一直被視為限制其實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

 

作為對比，目前已經(jīng)批量應(yīng)用的動力電池，根據(jù)2017年發(fā)布的《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》，以及《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，單體比能量到2020年要達(dá)到300Wh/kg以上，到2025年要達(dá)到500Wh/kg。鋰硫電池的理論能量密度超過500Wh/kg，因此被視為繼鋰離子電池之后下一代動力電池體系的發(fā)展方向。

為解決鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用問題，包括中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)錢逸泰院士團(tuán)隊(duì)、華南理工大學(xué)王海輝團(tuán)隊(duì)、中科院青島能源所先進(jìn)儲能材料與技術(shù)研究組、中國廈門大學(xué)化學(xué)家Nanfeng Zheng團(tuán)隊(duì)以及上海交通大學(xué)王久林研究團(tuán)隊(duì)均作出了相關(guān)的突破。

 

鋰硫電池是一種以硫?yàn)殡姵卣龢O，金屬鋰作為電池負(fù)極的電池體系，在解決金屬Li負(fù)極易生成枝晶的安全性問題上，上海交通大學(xué)王久林研究團(tuán)隊(duì)制備了一種新的鋰硫電池電解質(zhì)溶液（用雙氟磺酰亞胺鋰溶于磷酸三乙酯和高閃點(diǎn)氟代醚獲得了飽和電解液），與高濃度電解液相比，新的電解液成本低，粘度低而且增強(qiáng)了對金屬Li電極的保護(hù)，能夠有效清除Li電極的枝晶，從而清除可能存在的安全隱患，同時(shí)在60度以上高溫下提高了安全性和電化學(xué)性能。

除了科研領(lǐng)域，電池公司在積極需求技術(shù)突破中也將鋰硫電池作為技術(shù)儲備之一，上市公司中，中核鈦白、西藏城投、金路集團(tuán)、國軒高科、猛獅科技等均對鋰硫電池項(xiàng)目有所部署。