锂硫电池关键材料设计

摘要

具有高理论能量密度的锂硫电池有望成为下一代高性能电化学储能系统,但受限于多电子化学反应的复杂机制及活性物质本征的低电导率,锂硫电池的实用化仍有赖于高性能电极材料和隔膜电解质等关键材料的开发.针对锂硫电池正极复合材料活性材料利用率低的问题，通过纳米碳基元结构设计和三维组装提高了正极硫活性材料的利用率和稳定性；并通过正极骨架中的极性修饰、及催化转化功能的引入，改善了硫正极材料的反应动力学性质，提高了大电流充放电和库伦效率等性能。针对锂硫电池充放电过程中间产物穿梭扩散导致效率低的问题，提出引入选择性隔膜提高电池库伦效率的原理和方法，以功能高分子和纳米碳等基元材料构筑隔膜，大幅提升了锂硫电池反应的库伦效率。这些锂硫电池核心材料的开发将有助于构建实用化、高循环稳定性的锂硫电池系统。