鋰硫電池被認為是最具潛力的下一代高能量電池體系之一,但其也有致命缺陷。

鋰硫電池在充放電過程中，產(chǎn)生的聚硫化物能溶解于電解液中颤陶，隨電解液“游”到負極，與負極發(fā)生反應(yīng)(即所謂的“穿梭效應(yīng)”)。這一“穿梭效應(yīng)”使得鋰硫電池在充放電過程中褪储，外部放電，內(nèi)部也跟著“耗電”慧域，導(dǎo)致鋰硫電池的壽命遠不及鋰離子電池鲤竹。

近年來，新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅猛昔榴，對電池的要求也越來越高辛藻。但現(xiàn)階段商用的鋰離子電池能量密度較低、“升級版”的鋰硫電池容易自我“耗電”互订，這些都制約著電動汽車和便攜式電子產(chǎn)品等的續(xù)航能力吱肌，目前已成為行業(yè)“瓶頸”痘拆。在這種情況下，如何制備高性能電池成為行業(yè)研究的重點氮墨。

為此科學(xué)家們嘗試用各種方式把正極產(chǎn)物固定在正極內(nèi)部纺蛆，以減少穿梭效應(yīng)的發(fā)生。

造電池和造房子一樣规揪，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定很重要桥氏。什么材料可以穩(wěn)定“結(jié)構(gòu)”呢?

能源圈(Oneneng_club)從中科院青島生物能源與過程研究所了解到，該所先進儲能材料與技術(shù)研究組團隊瞄準下一代高能鋰離子電池及其配套電解液和黏結(jié)劑的研究妥抬，從木頭中找到靈感蛆器，用可再生木質(zhì)素纖維打造“鋼筋混凝土”般的電池，目前已成功制備出高性能鋰硫電池蔓摇。

木質(zhì)素是植物體中主要成分和植，是三種苯丙烷單元通過醚鍵和碳碳鍵相互連接形成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生物高分子，存在于木質(zhì)組織中崩绑。在木本植物中铅夷，木質(zhì)素占25%，是世界上第二位最豐富的有機物堕武，人們相對更熟悉的纖維素則是第一位恳繁。

木質(zhì)素纖維就是通過對天然的木材經(jīng)過一系列的物理化學(xué)處理，得到的一種含有木質(zhì)素的有機纖維夫泛。木質(zhì)素纖維具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性擎骄，無毒、無害伸畅、無污染隔屠，屬于純綠色環(huán)保的產(chǎn)品，可用于各種材料中充當(dāng)穩(wěn)定抗裂劑馍驯。

受此啟發(fā)阁危，中科院青島能源所先進儲能材料與技術(shù)研究組的研究人員，將木質(zhì)素纖維充當(dāng)鋰硫電池正極材料的骨架汰瘫，并與碳納米管狂打、石墨烯共同組建了一種類似“鋼筋混凝土”結(jié)構(gòu)的鋰硫正極材料，該正極材料有較強的柔韌性可以隨意折疊彎曲混弥，如圖1所示趴乡。

                                                                                                               “類鋼筋混凝土”柔性載硫體極片制備示意圖

由于木質(zhì)素分子內(nèi)部含有大量的羥基(-OH)，能夠有效的與鋰硫電池正極中間產(chǎn)物中的Li+產(chǎn)生類似氫鍵(-HO…H)的鋰鍵相互作用(-HO…Li)蝗拿。正是這種相互作用晾捏，使木質(zhì)素纖維能夠很好的捕獲游離在電解液中的硫化物，讓它老老實實的待在正極。因此惦辛，木質(zhì)素纖維充當(dāng)“鋼筋”劳秋，既能穩(wěn)固正極片結(jié)構(gòu)，同時又能有效地吸附正極反應(yīng)產(chǎn)生的硫化物胖齐。

此外玻淑，為了使電子能夠更加快速的傳輸?shù)戒嚵螂姵氐恼龢O，研究人員在該柔性極片底部增加一層石墨烯薄膜斩憾，從而實現(xiàn)鋰硫電池的快速充放電的目的式亥。

基于以上思路枷此，該研究組制備出高性能鋰硫電池淳习，其放電容量可接近鋰硫電池的理論容量，遠高于相關(guān)報道的容量;同時該電池表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性臣锣，500圈后容量保持率高達86.5%钮庆。即使在9.2 mg cm-2高載硫量下(更高的載硫代表更高的能量密度)，該柔性極片通過雙層疊加的方式蔬设，使得鋰硫電池依舊保持優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性垒某。

該方法具有簡單、易操作次瓣，制作成本低等諸多優(yōu)勢慈琼，非常適合大規(guī)模推廣。該工作對提高鋰硫電池硫利用率和循環(huán)壽命提供了一種新的思路憾擒。