編者按：近幾年，鋰電池、鈉電池、固態(tài)電池等先進電池及儲能均成為發(fā)展異常迅猛的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。先進電池及儲能產(chǎn)業(yè)大量用到各種膠粘材料，必將帶動膠粘劑、膠粘帶、膠膜等材料高速發(fā)展! 粘接資訊近期將重點關(guān)注并報道國際國內(nèi)先進電池和儲能行業(yè)的重磅動態(tài)新聞，積極推動國內(nèi)電池和儲能用膠的發(fā)展。
近日，我國科學(xué)家在固態(tài)電池方面取得了新的突破。北京大學(xué)的龐全全團隊開發(fā)了一種新型電解質(zhì)材料，造出的新型全固態(tài)鋰硫電池有望實現(xiàn)分鐘級快充和萬次循環(huán)充電，最新學(xué)術(shù)論文已經(jīng)發(fā)表在了《Nature》上。
其技術(shù)路線實現(xiàn)了快速固固反應(yīng)速率和高循環(huán)穩(wěn)定性，為發(fā)展高比能、高安全、低成本的下一代動力電池，提供了一套新的技術(shù)方案。該團隊研發(fā)的全固態(tài)鋰硫電池表現(xiàn)出超快的充電能力：電池在2C倍率下釋放出1497 mAh g?1的高比容量（以硫質(zhì)量計算，下同）；即使以20C超高倍率充電時，其容量仍可達到784 mAh g?1。此外，原型電池在25 °C下，以5C倍率循環(huán)25000次后，仍具有80.2%的初始容量，具有絕佳的循環(huán)壽命。相較于當前主流的鋰電池，這種固體電池技術(shù)一旦落地，對新能源汽車、低空飛行汽車等都有著深遠影響。
熟悉這種新型固態(tài)電解質(zhì)材料前，我們先來了解一下液態(tài)電池、半固態(tài)電池和全固態(tài)電池的區(qū)別。液態(tài)電池主要由正極材料、負極材料、電解液、隔膜四大主材組成。而半固態(tài)電池，顧名思義，就是介于液態(tài)電池和固態(tài)電池之間，帶有少量液態(tài)電解質(zhì)的電池。全固態(tài)電池則是將液態(tài)電解質(zhì)換成固態(tài)電解質(zhì)的電池。相比于傳統(tǒng)的液態(tài)電池，其安全性和能量密度都更高。理論上，固態(tài)電池的能量密度可以達到液態(tài)電池的10多倍，充電速度也能提高數(shù)十倍。
基于硫正極和鋰負極的全固態(tài)鋰硫電池具有高比能量，且其適中的電位不會導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)過度副反應(yīng)，充電時不會釋氧，有著更高的本征安全性。然而，全固態(tài)鋰硫電池中的固固硫轉(zhuǎn)換反應(yīng)，只能在固態(tài)電解質(zhì)、活性材料和碳之間的三相邊界發(fā)生，反應(yīng)動力學(xué)緩慢，導(dǎo)致電池的速率性能和循環(huán)壽命較差。
為了解決這一挑戰(zhàn)，龐全全團隊設(shè)計合成了系列新型玻璃相硫化物L(fēng)BPSI電解質(zhì)材料，該類電解質(zhì)用于鋰硫電池中，不僅作為硫正極內(nèi)部的超離子導(dǎo)體，而且本身含有氧化還原反應(yīng)速度超快的碘，對硫的固固轉(zhuǎn)化反應(yīng)起到氧化還原介導(dǎo)的作用，從而激活原本難以進行的固態(tài)電解質(zhì)、硫化鋰兩相界面反應(yīng)，顯著增加了活性位點的密度，實現(xiàn)快速固固硫反應(yīng)動力學(xué)。團隊利用飛行時間二次離子質(zhì)譜研究了電池中碘的氧化還原現(xiàn)象，證明了隨著電池的充電，正極內(nèi)部的碘單質(zhì)和三碘陰離子物種顯著增加，即氧化產(chǎn)物為碘單質(zhì)和三碘陰離子。在放電后，與充電狀態(tài)相比，碘單質(zhì)和三碘陰離子物種的數(shù)量減少，表明可逆的碘氧化還原行為。
基于這種氧化還原介導(dǎo)策略，全固態(tài)鋰硫電池表現(xiàn)出超快的充電能力。電池在2C倍率下釋放出1497 mAh g?1的高比容量（以硫質(zhì)量計算，下同）；即使以20C超高倍率充電時，其容量仍可達到784 mA h g?1。此外，原型電池在25 °C下，以5C倍率循環(huán)25000次后，仍具有80.2%的初始容量，具有絕佳的循環(huán)壽命。
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