我国研发出全固态锂硫电池的新型硫化锂正极材料 能量密度超600瓦时每千克

我国研发出全固态锂硫电池的新型硫化锂正极材料 能量密度超600瓦时每千克记者从中国科学院青岛生物能源与工艺研究所获悉,研究员吴建飞率领的先进储能材料与技术研究小组开发了一种新型硫化锂正极材料,用于全固态锂硫电池,能量密度超过每公斤600瓦时。与目前的商业锂电池相比,其能量密度是成本的两倍多,为开发高能量密度的全固态电池提供了新的方法和思路。相关论文发表在国际期刊上《small》。

硫 酸盐全固态电池具有能量密度高、充放电快、低温性能优越、安全性高、使用寿命长等优点。然而,对硫 酸盐全固态电池正极材料的研究长期存在挑战。例如,硫化锂正极导电性差直接关系到电池的充放电速度和能量输出。我国研发出全固态锂硫电池的新型硫化锂正极材料 能量密度超600瓦时每千克

研究小组采用铜离子和碘离子混合策略,有效提高硫化锂正极的导电性和反应活性。试验结果表明,与传统硫化锂正极相比,混合硫化锂正极的锂离子扩散系数提高了5个等级,电子导电率提高了2个等级,解决了硫化锂正极导电性差的问题。我国研发出全固态锂硫电池的新型硫化锂正极材料 能量密度超600瓦时每千克

该策略显著提高了电池的容量、倍数和循环性能。研究发现,在室温下,低倍数下改性硫化锂正极的放电容量是原材料的6.65倍。即使在高倍率下充放电,电池仍能保持较高的容量,显示出良好的循环稳定性。

吴建飞介绍,硫化锂正极材料在每克1165.23毫安时表现出高比容量,接近理论值每克1167毫安时。常温下循环6200次后,其容量仍能保持84.4%。组合商业硅碳负极组装全电池后,常温下循环放电400次,电池比容量仍能保持在初始容量的97%以上。

研究小组采用铜离子和碘离子混合策略,提高硫化锂正极的导电性和反应活性。密度泛函的理论计算表明,铜和碘双离子混合可以显著降低锂离子的扩散能量,促进锂离子的扩散,从而提高双夹杂硫化锂电池的电化学性能。我国研发出全固态锂硫电池的新型硫化锂正极材料 能量密度超600瓦时每千克通过一系列的表征手段,铜离子和碘离子取代了硫化锂中的锂位点和硫位点,进入硫化锂正极晶格形成固溶体结构;铜离子作为氧化还原介质,可以大大提高反应动力学,形成锂离子传输的“高速通道”;碘离子混合可显著提高材料的电化学性能;试验结果表明,与传统硫化锂正极相比,双夹杂硫化锂正极的锂离子扩散系数提高了5个量级,电子电导率提高了2个量级,解决了硫化锂正极的绝缘问题。

铜和碘离子的协同作用共同提高了硫化锂正极的导电性和反应活性,显著提高了电池的容量、倍数和循环性能。在室温下,改性硫化锂正极的低倍数下放电容量是原材料的6.65倍。即使在高倍率下充放电,电池容量也能保持良好,显示出良好的循环稳定性。

本研究为开发高能量密度全固态电池提供了新的方法和思路。

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