鋰硫電池被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮吣芰棵芏葍δ芷骷?，其正極材料單質(zhì)硫的理論比容量和比能量可高達1675mAh/g和2567Wh/kg，是目前商用鋰過渡金屬氧化物正極的五倍。然而，傳統(tǒng)鋰硫電池的安全性與循環(huán)性能差是其面對的重要挑戰(zhàn)，嚴重影響了商業(yè)化進程。采用無機固體電解質(zhì)取代傳統(tǒng)有機電解液的全固態(tài)鋰硫電池，能夠有效抑制多硫化物的出現(xiàn)，從而消除其穿梭效應，并能大幅提高其安全性，是未來鋰硫電池發(fā)展的重要方向。

盡管全固態(tài)鋰硫可以解決目前傳統(tǒng)鋰硫電池面對的問題，然而其帶來了新的挑戰(zhàn)，如固-固界面問題以及應力/應變等效應導致的電池容量衰減等問題，是影響全固態(tài)鋰硫電池循環(huán)壽命的關(guān)鍵。近日，我國科學院寧波材料與工程研究所固態(tài)鋰離子電池團隊研究員姚霞銀領(lǐng)導的小組與美國馬里蘭大學合作，設計了一種新型硫正極結(jié)構(gòu)的全固態(tài)鋰硫電池，通過在還原氧化石墨烯上沉積超?。▇2nm）非晶態(tài)納米硫?qū)颖３謴秃喜牧系母叩碾娮觽鲗?，進而將還原氧化石墨烯/硫復合材料均勻分散在超鋰離子導體Li10GeP2S12基復合材料中，從而實現(xiàn)高離子電導率和低的應力/應變。以上述還原氧化石墨烯/硫復合材料-Li10GeP2S12-乙炔黑混合物作為正極層，Li10GeP2S12/改性Li3PS4雙層電解質(zhì)作為固態(tài)電解質(zhì)層，金屬鋰為負極組裝全固態(tài)鋰硫電池，其充放電曲線與傳統(tǒng)鋰硫電池截然不同，只有一對充放電平臺，顯著抑制了多硫化物的出現(xiàn)。

60°C條件下，0.05C首次放電容量為1629mAh/g，首次庫倫效率達到90%；同時顯示出優(yōu)異的倍率性能，在0.1C，1.0C和2.0C不同倍率進行充放電，發(fā)揮出1384.5，903.2和502.6mAh/g的可逆容量；1.0C大倍率長循環(huán)充放電下，循環(huán)750圈后仍可以保持830mAh/g的可逆容量，電池單次循環(huán)容量衰減率僅為0.015%，表現(xiàn)出比傳統(tǒng)鋰硫電池顯著提升的循環(huán)性能。

相關(guān)工作發(fā)表于《先進能源材料》（AdvancedEnergyMaterials，2017，doi:10.1002/aenm.201602923）。

上述研究工作得到了中科院納米先導專項（XDA09010201）、國家自然科學基金、中科院青年促進會等項目的支持。

圖：全固態(tài)鋰硫電池結(jié)構(gòu)示意圖及電池性能