HMSC型锂硫全电池机能: (a) 锂硫扣式电池 (6.9 mg cm-2 S + 6.8 mg cm-2Mo6S8，电解液活性物质比~1.5μLmg-1)； (b) 锂硫软包全电池（电解液活性物质比~1.2 μL mg-1，~2倍金属锂过量）；(c) 锂硫电池全电池能量密度对比图
。注：图c为扣式电池尝试参数推算的能量密度和安时级软包全电池的真实能量密度
。

锂硫电池被视为下一代高能量密度电池系统的梦想选择之一，受到全世界科研界和产业界的高度关注，也是将来列国布局的沉点钻研方向之一
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中国科学院物理钻研所/北京凝聚态物理国度钻研中心清洁能源沉点尝试室E01组副钻研员索鎏敏与美国麻省理工学院教授李巨和薛伟江博士合作，针对目侵硫电池存在的共性问题的解决提出了新思路，为将来开发新型高能量密度的锂硫电池提供了新的可能性
。有关钻研成就颁发在《天然—能源》
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限度锂硫电池发展

索鎏敏向《中国科学报》介绍说，下一代高能量密度电池系统重要是基于金属锂负极的电池系统，好比锂硫、锂空电池等
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“相比锂硫电池来说，只管锂空电池拥有更高理论能量密度，但目前还处于基础钻研阶段，很多关键问题尚未很好解决
。而锂硫电池拥有低成本、高能量密度蹬着势，经过多年不懈致力，锂硫电池技术已经日趋成熟，靠近贸易化
。”

加拿大滑铁卢大学Linda Nazar课题组2009年在《天然—资料》上颁发的一篇论文成就初次获得了靠近理论容量80%的可逆容量，点燃了人们对锂硫电池的钻研激情
。当前世界列都城对锂硫电池比力器沉，好多大学、钻研所进行基础科学问题的钻研，此表，有好多公司好比英国的Oxis公司和美国的Sion Power公司一向从事锂硫电池的贸易化钻研
。

目前存在的重要问题是体积能量密度低，导致其在好多沉要的市场利用中失去竞争力，同时高电解液用量也成为了其沉量能量密度提高的瓶颈
。此表，金属锂负极的安全性和长循环寿命还未很好解决
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突破关键技术瓶颈

据介绍，锂硫电池体积能量密度低的原因重要有以下两点：从本征上来说，活性物质锂和硫的理论密度比力低，锂0.534 g/cm3、硫2.07 g/cm3，而锂离子电池中迪胲酸锂和三元等资料的理论密度要高好多；从电极机关来说，还有一个最沉要的原因是硫是电子和离子绝缘体，所以必要将硫分散到大量的高比表表积的导电碳中能力阐扬其容量，而使用大量导电碳带来的问题是整个正极的比表表积很高，气孔率很高，通常来说传统碳硫正极的气孔率是锂离子电池正极的两倍
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因而，当前造约锂硫电池实用化的关键技术瓶颈是若何在高活性物质负载前提下, 实现低电解液用量、高电极密度及低非活性物质含量
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针对电池器件级别能量密度不高的问题，该钻研团队创新性地提出选取高电子和离子电导的嵌入式电极资料Mo6S8取代非活性物质碳组成嵌入—转换型混合电极，使得硫正极在保障高活性物质负载量的前提下（大于10mg/cm2），含碳量降低到幼于10wt%，电解液活性物质比大幅度降低到1.2μLmg-1，电极孔隙率低于55%
。选取此新型混合电极的安时级软包全电池在保障循环寿命的前提下单体能量密度大幅度提升，能够同时实现高的体积能量密度（581 Wh/L）和沉量能量密度（366 Wh/kg），为将来开发新型高能量密度的锂硫电池提供了一条全新的解决思路和切实可行的贸易化技术规划
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据介绍，通过与锂离子电池正极，好比钴酸锂的对比和理论估算，钻研团队以为硫正极资猜中含碳量高是导致锂硫电池体积能量密度低和必要大量电解液浸润的底子原因
。因而，产生了器拥有电化学活性的物质来代替非活性导电碳的思路
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同时，代替资料还必须同时满足以下几个前提：首先高电子和离子电导——起到碳的作用；其次与锂硫电解液兼容，能够在锂硫电池电压区间内不变贡献容量——提高整体的能量输出；并且高的理论密度——取代碳后能获得更高的电极密度；再者与多硫化锂拥有较强的吸附作用，能够缓解锂硫电池的“穿梭效应”
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综合能量密度提高

薛伟江暗示，破费功夫最长的是资料的造备和电池机能的优化，由于碳含量降低到了前所未有的10%，所以若何保障这么低碳含量下硫容量的阐扬是一大挑战
。同时，电池机能的优化是一个系统工程，只优化正极是不够的，同时还在电解液以贾负极的匹配方面做了好多工作，前后共计破费了将近一年的功夫来解决这些问题
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此前，关于锂硫电池的钻研中很少报路全电池的能量密度，尤其是体积能量密度
。英国Oxis公司的锂硫软包电池的沉量能量密度能够达到400 Wh/kg以上，但是体积能量密度只有300 Wh/L左右
。目前商用的锂离子电池能量密度为260 Wh/kg和700 Wh/L左右
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该钻研软包电池体积能量密度（581 Wh/L）和沉量能量密度（366 Wh/kg）在综合能量密度方面已经超过了上述两种电池系统
。团队暗示，将来将持续优化资料造备和软包电池组装工艺，同时结合锂负极和电解液方面新的钻研成就，争取早日实现贸易化
。后续钻研中将沿着该思路持续丰硕钻研系统，同时将着力解决锂硫电池贸易化的最后一路阻碍——金属锂负极中存在的问题
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