青岛能源所武建飞团队揭秘全固态锂硫电池新突破

青岛能源所武建飞团队揭秘全固态锂硫电池新突破

引用

中国科学院

等

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来源

1.

http://www.qibebt.cas.cn/news/kyjz/202408/t20240802_7240348.html

2.

https://finance.sina.com.cn/roll/2025-01-21/doc-inefsuti8298160.shtml

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https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_26993568

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https://www.163.com/dy/article/JNFCT97H051480KF.html

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https://www.hirohida.com/news/news_details/23679.html

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https://www.eol.cn/news/dongtai/202501/t20250117_2651580.shtml

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http://www.news.cn/energy/20240911/8b91ad73072146ec8f984792fc7faf2b/c.html

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https://www.crhcc.com/hydj/2024/11/ccbd5f5193604849b8914a5b12a2b598.htm

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所（简称“青岛能源所”）先进储能材料与技术研究组在全固态锂硫电池领域取得重大进展。该所研究员武建飞带领团队开发出一种高容量硫化物复合正极材料，其比容量是当前三元正极的5倍以上。这一成果不仅为全固态锂硫电池的正极结构设计提供了一种新策略，也有助于推动全固态锂硫电池实现商业化应用。

武建飞团队通过深入研究，开发了两种新型复合正极材料：S@P-CNT和H-Ni-SVD@CNT。其中，S@P-CNT复合正极通过磷掺杂碳纳米管（P-CNTs）与硫（S）的复合，显著提升了正极材料的性能。与普通碳纳米管相比，P-CNTs具有更大的比表面积和更多的含氧基团，这增强了与固态电解质的界面接触和稳定性。同时，P-CNTs形成的三维导电网络促进了电子迁移和离子扩散，提高了硫的利用率。

在此基础上，研究团队进一步优化设计，采用硫气相沉积和机械球磨的方法，开发出H-Ni-SVD@CNT复合正极。这种材料通过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问题，同时微量镍掺杂催化了硫与硫化锂的转化反应，显著提升了电化学性能。

测试结果显示，采用新型复合正极的全固态锂硫电池展现出优异的电化学性能。在60℃条件下，放电比容量高达1519.3 mAh g-1，接近理论比容量。即使在室温下，放电比容量仍保持在1060.9 mAh g-1的高水平。更为重要的是，电池展现出出色的循环稳定性，经过1400次循环后容量保持率高达70.4%。

与传统锂离子电池相比，全固态锂硫电池具有显著优势：

• 能量密度：采用硫化物固态电解质和硫化锂正极，能量密度可提升至液态锂电的两倍以上（超过600 Wh/kg），未来有望达到800 Wh/kg。
• 安全性：固态电解质替代传统易燃有机电解液，从根本上解决了电池安全性问题。
• 工作温度范围：全固态结构使其能在更宽泛的温度条件下稳定运行，适应极端环境。
• 成本优势：硫资源丰富且价格低廉，降低了生产成本。

尽管全固态锂硫电池展现出巨大的应用潜力，但其商业化进程仍面临一些挑战。目前，相关技术仍处于研发投入阶段，制造成本较高，技术成熟度不足。然而，随着研究的不断深入和产业链的逐步完善，这些问题有望得到解决。

根据前瞻产业研究院预测，到2025年，新能源汽车新车销售量将达到汽车新车销售总量的20%左右，销量将突破1300万辆。这意味着全固态锂硫电池等新能源技术将拥有更为广阔的市场空间。

值得注意的是，北京大学材料科学与工程学院庞全全团队近期也在该领域取得重要突破。他们开发的新型玻璃相硫化物电解质材料，实现了全固态锂硫电池的快速充电和超长循环寿命。该电池在2C倍率下比容量达1497 mAh g-1，25000次循环后容量保持率仍高达80.2%。

这些突破性研究成果预示着全固态锂硫电池技术正在快速走向成熟，未来有望在新能源汽车、储能系统、消费电子等多个领域实现广泛应用。随着技术的不断进步和成本的逐步降低，全固态锂硫电池有望成为下一代高性能电池技术的重要发展方向。