硫化物全固态电池高容量正极材料研究取得新突破

3日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所武建飞研究员带领的先进储能材料与技术研究组，研发出用于全固态锂硫电池的新型硫化锂正极材料，能量密度超过600瓦时每千克。该研究为开发高能量密度的全固态电池提供了新的方法和思路，与目前已商业化的锂离子电池相比，其能量密度高出1倍有余，且成本更低。相关研究成果发表于国际学术期刊《Small》。

双掺杂硫化锂正极全固态电池的性能。中国科学院青岛生物能源与过程研究所供图

硫化物全固态电池是一项颠覆性的世界前沿科学技术，具有高能量密度、快速充放电、低温性能优异以及高安全性、长寿命等优点。然而，硫化物全固态电池正极材料的研究仍然存在挑战。

研究团队利用铜离子、碘离子共掺杂策略，来提高硫化锂正极的导电性及反应活性。测试结果表明，同常规硫化锂正极相比，双掺杂硫化锂正极的锂离子扩散系数提高了5个数量级，电子电导率提高了2个数量级，从本征上解决了硫化锂正极的绝缘性问题。

这一策略显著提高了电池的容量、倍率及循环性能。研究表明，在室温条件下，这种改性的硫化锂正极在低倍率下放电容量是原始材料的6.65倍。即使在高倍率下充放电，电池的容量也能保持得很好，显示出了优异的循环稳定性。

武建飞介绍，该硫化锂正极材料显示出每克1165.23毫安时的高比容量，接近理论值每克1167毫安时。在常温下循环6200次后，其容量仍可保持84.4%。搭配商业化的硅碳负极组装全电池后，常温下循环400次放电，电池的比容量仍保持初始容量的97%以上。

据介绍，新材料可有效解决液态锂硫电池“穿梭效应”等问题。此外，该材料具有高能量密度和长循环寿命等特性，在电动汽车行业具有极高的商业价值和广阔的应用前景。

（科技日报记者 宋迎迎 通讯员 董富原）