Carbon Energy:碳基柔性自支撑锂硫电池正极研究进展与展望

【研究背景】

与传统电子器件相比,柔性可穿戴电子器件重量轻、可携带,为人类的生活带来了极大的便利,与之相匹配的柔性储能器件也成为了研究热点。与其他二次电池相比,锂硫电池以硫或含硫物质作为正极,金属锂作为负极,具有较高的理论比容量和能量密度,在柔性储能器件领域具有很大的应用潜力。传统的涂布电极需添加粘结剂,而且材料在受力不均的情况下会损失容量,柔性自支撑电极不使用有机溶剂和粘结剂,对环境友好,而且其较好的机械性能可以使得储能器件在外力作用下不被破坏。以碳纳米管、石墨烯、多孔碳为代表的碳材料,其成本低、机械性能高、具有丰富的孔隙结构和高导电性,是理想的柔性自支撑电极基底材料。杂原子、官能团和极性金属化合物的掺杂和修饰能提高材料的电导率或催化多硫化锂转化形核,抑制锂硫电池循环过程中的穿梭效应,从而改善其电化学性能。因此,中国矿业大学(北京)刘瑞平课题组、吉林师范大学冯明课题组以及阿拉斯加大学费尔班克斯分校张蕾课题组综述了近年来碳基柔性自支撑锂硫电池正极的研究进展,并对未来锂硫电池柔性正极及其器件的发展进行了展望。

【成果简介】

中国矿业大学(北京)刘瑞平课题组、吉林师范大学冯明课题组以及阿拉斯加大学费尔班克斯分校张蕾课题组总结和讨论了碳基自支撑柔性正极在锂硫电池中的最新研究进展

根据碳材料的形貌和微观尺度,分别从一维、二维和三维的角度出发阐述了以碳纳米管和碳纳米纤维、石墨烯、多孔碳为代表的电极基底,从材料选择、结构设计和制造工艺上探讨它们与电池性能的关系,并总结了载硫工艺、适用结构及其影响因素,讨论了硫负载技术在电池制备中的重要性。目前研究者已在结构设计和功能化上做出了大量努力,在柔性基底材料的选择和锂硫电池基本电化学性能方面有了深入的研究,但是锂硫电池碳基柔性自支撑正极的研究仍面临巨大挑战,特别是对于不同力学状态和工作环境下的柔性锂硫电池及其器件的性能评价还较少。期望后续能够加强柔性锂硫电池器件的研究,为将来的应用奠定基础。

相关研究以题为“Carbon-based Flexible Self-Supporting Cathode for Lithium-Sulfur Batteries: Progress and Perspective”为题,发表在Carbon Energy(DOI:10.1002/cey2.96)。