硫化物全固態(tài)電池高容量正極材料研究取得新突破

科技日?qǐng)?bào)記者 宋迎迎 通訊員 董富原

3日，記者從中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所武建飛研究員帶領(lǐng)的先進(jìn)儲(chǔ)能材料與技術(shù)研究組，研發(fā)出用于全固態(tài)鋰硫電池的新型硫化鋰正極材料，能量密度超過600瓦時(shí)每千克。該研究為開發(fā)高能量密度的全固態(tài)電池提供了新的方法和思路，與目前已商業(yè)化的鋰離子電池相比，其能量密度高出1倍有余，且成本更低。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Small》。

雙摻雜硫化鋰正極全固態(tài)電池的性能。中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所供圖

硫化物全固態(tài)電池是一項(xiàng)顛覆性的世界前沿科學(xué)技術(shù)，具有高能量密度、快速充放電、低溫性能優(yōu)異以及高安全性、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)。然而，硫化物全固態(tài)電池正極材料的研究仍然存在挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊(duì)利用銅離子、碘離子共摻雜策略，來提高硫化鋰正極的導(dǎo)電性及反應(yīng)活性。測(cè)試結(jié)果表明，同常規(guī)硫化鋰正極相比，雙摻雜硫化鋰正極的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)提高了5個(gè)數(shù)量級(jí)，電子電導(dǎo)率提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)，從本征上解決了硫化鋰正極的絕緣性問題。

這一策略顯著提高了電池的容量、倍率及循環(huán)性能。研究表明，在室溫條件下，這種改性的硫化鋰正極在低倍率下放電容量是原始材料的6.65倍。即使在高倍率下充放電，電池的容量也能保持得很好，顯示出了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

武建飛介紹，該硫化鋰正極材料顯示出每克1165.23毫安時(shí)的高比容量，接近理論值每克1167毫安時(shí)。在常溫下循環(huán)6200次后，其容量仍可保持84.4%。搭配商業(yè)化的硅碳負(fù)極組裝全電池后，常溫下循環(huán)400次放電，電池的比容量仍保持初始容量的97%以上。

據(jù)介紹，新材料可有效解決液態(tài)鋰硫電池“穿梭效應(yīng)”等問題。此外，該材料具有高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命等特性，在電動(dòng)汽車行業(yè)具有極高的商業(yè)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。