赵金保教授课题组

锂硫电池

锂硫二次电池,因其理论比能量高(2600Wh kg-1),且正极活性物质单质硫具有资源丰富与环境友好等优势,被视为是最可能实现储能密度突破300 Wh·kg-1的二次电池体系之一。近年来,随着电动汽车、储能电站等大规模高容量电化学储能应用的兴起,锂硫二次电池的研究重新受到广泛的关注,有关硫电极的材料与电化学可逆性能的研究已成为目前高能化学储能探索的热点之一。目前,锂硫电池实现商业化应用还存在着许多问题,如单质硫及其放电产物低的导电率、充放电过程中严重的穿梭效应

赵金保教授领导开发了2V锂硫电池体系,是世界上早期应用性开发该电池体系的团队之一,形成了系列成果(JP5046302B2)。课题组持续研究具有低成本、长寿命特征的硫基材料及其电池体系,包括:

1)无机固硫策略,利用过渡金属与硫元素之间形成稳定的化学键,合成了硫化铜、硫化亚铜等一系列电化学性能优异的金属硫化物(JP2016561848US10847783B2CN103915621BCN103915605B),同时聚焦发生取代反应机制的硫化亚铜材料,通过材料复合策略打破了硫化物只能在醚类等非酯类电解液中使用的局限性,使硫化亚铜作为商业化锂离子电池的负极材料成为可能,发展出新一代低成本、长寿命的新型锂离子电池;

2)有机固硫策略,以碳硫聚合物(CSx)n (x =16)为基体,将S-S键固定在碳共轭体系上(JP4931281JP4297673JP4208451JP3871306),通过碳硫聚合物和介孔碳的热复合将硫化物以共价键形式结合或强烈地物理吸附在具有良好导电性的介孔材料孔洞表面,提高了电池的循环寿命;

3)高负载单质硫正极,通过高效导电网络结构的构建,抑制充放电过程中的体积效应;同时,通过与碳基材料的复合、改性等方法,综合性地改善了锂硫电池的电化学性能。





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