新材料提升全固態鋰硫電池能量密度

科技日報2024年9月9日報道，記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所研究員武建飛帶領的先進儲能材料與技術研究組，研發出用于全固態鋰硫電池的新型硫化鋰正極材料，能量密度超600瓦時每千克。與目前已商業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，為開發高能量密度的全固態電池提供了新方法和思路。相關論文發8月26日在線發表于國際期刊《Small》。

硫化物全固態電池具有高能量密度、快速充放電、低溫性能優異以及高安全性、長壽命等優點。然而，硫化物全固態電池正極材料的研究長期以來存在挑戰。例如，硫化鋰正極導電性差，這直接影響電池充放電速度和能量輸出。

研究團隊利用銅離子、碘離子共摻雜策略，有效提高硫化鋰正極的導電性及反應活性。測試結果表明，同常規硫化鋰正極相比，共摻雜硫化鋰正極的鋰離子擴散系數提高5個數量級，電子電導率提高2個數量級，從本征上解決了硫化鋰正極導電性差的問題。

這一策略顯著提高了電池的容量、倍率及循環性能。研究表明，在室溫條件下，經過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，電池仍能保持較高容量，顯示出優異循環穩定性。

武建飛介紹，該硫化鋰正極材料顯示出每克1 165.23毫安時的高比容量，接近理論值每克1 167毫安時。在常溫下循環6 200次后，其容量仍可保持84.4%。搭配商業化的硅碳負極組裝全電池后，常溫下循環400次放電，電池比容量仍能保持在初始容量的97%以上。

（2024年9月9日 宋迎迎 科技日報）