硫化物全固態電池高容量正極材料研究取得新突破

科技日報記者 宋迎迎 通訊員 董富原

3日，記者從中國科學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，能量密度超過600瓦時每千克。該研究為開發高能量密度的全固態電池提供了新的方法和思路，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。相關研究成果發表于國際學術期刊《Small》。

雙摻雜硫化鋰正極全固態電池的性能。中國科學院青島生物能源與過程研究所供圖

硫化物全固態電池是一項顛覆性的世界前沿科學技術，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仍然存在挑戰。

研究團隊利用銅離子、碘離子共摻雜策略，來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，雙摻雜硫化鋰正極的鋰離子擴散系數提高了5個數量級，電子電導率提高了2個數量級，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，顯示出了優異的循環穩定性。

武建飛介紹，該硫化鋰正極材料顯示出每克1165.23毫安時的高比容量，接近理論值每克1167毫安時。在常溫下循環6200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，電池的比容量仍保持初始容量的97%以上。

據介紹，新材料可有效解決液態鋰硫電池“穿梭效應”等問題。此外，該材料具有高能量密度和長循環壽命等特性，在電動汽車行業具有極高的商業價值和廣闊的應用前景。