锂硫电池新进展-更高的能量密度、更高的能量效率、更稳定的循环性能

锂离子电池具有高电压、高容量等优点而占据了当前便携式电子设备的主要市场份额。然而随着人类社会的发展,对大规模储能用二次电池的需求越来越迫切。目前锂离子电池的能量密度已经不能满足未来发展的需求。由于高的理论容量(1675 mA h/g)和能量密度(2500 online slots Wh/kg),锂硫电池成为一种潜在的下一代高能量电池。同时硫是一种低成本,在地壳中很丰富的元素且没有毒性,能够有效降低电池的成本。因此锂硫电池得到越来越广泛的关注。然而由于硫在循环过程中会形成可溶性的多硫化物,在隔膜与锂片上沉积从而造成不可逆的容量损失,同时硫的导电性也很差(10-30 S/cm),放电时体积膨胀很严重(80%),这些问题严重制约了锂硫电池的性能。

为了缓解锂硫电池中的“穿梭”效应,解决硫的导电性差,体积膨胀等问题。对于材料设计而言,当前比较成功的方法是,利用多孔碳的介孔或者微孔的毛细管效应将硫引入材料的孔隙中,这样制备的材料具有很好的循环和改进的倍率性能,表面进一步的包覆能够有效的抑制多硫化物的溶解。然而这种方法所制备的材料充放电过电位较高(~0.4 V),长循环稳定性不佳以及在极高的电流密度下性能严重恶化。

最近,<a title="Encapsulated Monoclinic Sulfur for online casino online slots Stable casino online Cycling of Li–S Rechargeable Batteries” href=”http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201303166/abstract” target=”_blank”>韩国科学技术院Do Kyung Kim课题组使用AAO模板成功的制备了室温下稳定的单斜硫/碳纳米管复合物,令人惊讶的是所获得的材料在保证很高放电电位的前提下具有非常小的过电位(~0.2 V),同时按整个正极材料的质量来算其可逆容量超过了1200 mA h/g,这是目前所报道的锂硫电池所具有的最高的能量效率与能量密度,突出了所制备的材料结构对于锂硫电池进一步发展的意义。另一方面,电极经过1000次循环后仍然保有初始容量的 75.8%,甚至在极高的电流密度下(67 A/g)也具有453 mA h/g的容量。这样的性能令人印象深刻,既解决了锂硫电池倍率性能差的问题,也保证了电池的长期循环稳定。这一研究成果让我们看到了未来锂硫电池产业化的曙光。

张 新波 About 张 新波

研究员,博士生导师,中科院“百人计划”入选者;任职于中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室;所在课题组主要从事清洁能源材料和高能化学电源等高效储能基础和应用研究。