科技日报记者 宋迎迎
记者8月4日从中国科学院青岛生物能源与过程研究所（以下简称青岛能源所）获悉，该所先进储能材料与技术研究组开发了高容量硫化物复合正极材料，该正极材料的比容量是当前三元正极的5倍以上。这项工作为全固态锂硫电池的正极结构设计提出了一种新的策略，并且为全固态锂硫电池的商业化应用作出了重要贡献。相关研究成果日前发表于国际学术期刊《能量储存杂志》。
硫化物全固态电池是世界颠覆性科学技术。研究表明，采用硫化物固态电解质、以硫化锂作为正极，可将电池的能量密度提升至液态锂电池的两倍。未来，采用硫正极匹配金属锂负极，电池能量密度将实现进一步提升。
目前，在全固态电池硫化物正极的研究中，正极/电解质界面仍然存在重大挑战。硫和硫化锂的转化为相变过程，反应电化学活性低，导致比容量难以提升。反应过程中的体积变化会引起界面接触阻抗的增大，造成循环容量的衰减和较差的倍率性能。
青岛能源所研究员武建飞带领的团队经过长期研究，采用磷修饰碳纳米管包覆策略制备了硫化物复合正极。武建飞介绍，磷修饰碳纳米管具有更大的比表面积和更多的含氧基团，增强了硫正极与固体电解质之间的界面接触和稳定性。
“磷修饰碳纳米管可以在复合正极中形成三维导电网络，促进电子的迁移和离子的扩散，同时提高硫的利用率。由此制备的全固态锂硫电池，可实现每克1506.3毫安时的高比容量，经过1400次循环后容量保持率高达70.4%。”武建飞介绍。
在上述工作的基础上，研究团队采用硫气相沉积和机械球磨的方法，设计了一种独特的掺镍三相界面复合正极，碳纳米管的物理限制缓解了硫在充放电过程中的体积膨胀，镍的微量掺杂有利于催化硫与硫化锂的转化，从而提高复合正极的电化学性能。以此为正极的全固态锂硫电池在60摄氏度条件下放电比容量达每克1519.3毫安时，接近理论比容量。在室温下，放电比容量依然高达每克1060.9毫安时。物理限制和化学催化的协同效应，提高了全固态锂硫电池的电化学性能，并实现了室温下高比容量硫化锂的创新突破。
（来源：中国科技网）
