日本研究人员利用硫-碳纳米纤维复合材料研制全固态锂硫电池

近日，来自日本丰桥技术科技大学的研究人员利用简单且低成本的液相工艺成功地制备了活性硫材料和碳纳米纤维（CNF）复合材料。而基于硫-CNF复合材料的全固态锂硫电池与锂离子二次电池相比，具有更高的循环稳定性和更高的放电容量。因此，未来全固态锂硫电池有望可以像电动汽车相同用于大规模电池。

细节

2019年的诺贝尔化学奖颁给了锂离子二次电池，目前锂离子二次电池已被广泛用作电动汽车、智能手机等的电源。近年来，全固态锂离子电池作为最先进的电池而受到青睐，这一趋势可归因于电动汽车和混合动力汽车的兴起。这些电池因能量密度是传统锂离子二次电池的五倍而备受关注，但是硫是一种绝缘体，限制了它们在电池装置中的使用。因此，为了克服该问题，应为硫供应离子和电子传导路径。

来自日本丰桥技术科技大学的研究人员提出，利用静电组装技术，将碳纳米纤维（CNF）与硫活性材料整合而成的阴极复合材料，该方法可以将材料均匀地整合到溶液中。全固态锂硫电池，使用电化学稳定的Li2S-P2S5-LiI固体电解质和液相工艺生产的硫-CNF复合材料，显示出与硫的理论容量相同的高放电容量，持续放电后保持高容量充放电循环。

发展背景

在静电吸附技术中，利用聚电解质改变颗粒表面电荷，促进静电相互用途，从而对较小的颗粒和较大的母颗粒进行静电吸附。虽然已经有许多不同的陶瓷复合材料采用静电吸附技术进行设计，但硫的表面电荷很难调节。但是研究人员能够利用化学反应进行电荷调节，其中S和Na2S通过在离子交换水中反应形成水溶性Na2S3。因此，这项研究能够利用静电吸附的基本原理实现一种新颖的化学过程。

未来展望

液相工艺是用于制备碳硫复合材料的一种相对简单且低成本的技术，因此适用于大规模生产。通过这种技术，可以将利用硫活性材料的全固态锂硫电池投入实际使用。此外，电动汽车以及用于商业和家庭用途的大型电源电池的能量密度有望成倍提高。这项研究由日本科学技术署的创新型下一代电池高级低碳技术特别推广研究计划资助。（来源：中科院碳纤维及其复合材料实验室/邢岫烟）