鋰硫電池因較高的理論容量（1675 mAh•g-1）和能量密度，被認為是增加電動汽車續(xù)航里程的有效策略之一。然而，硫正極電子導電性差、體積變化劇烈以及多硫化鋰的穿梭效應等缺點，阻礙了鋰硫電池的性能。因此，開發(fā)和制備新型硫正極材料將是實現(xiàn)高效儲能鋰硫電池的有效途徑之一。
中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員武建飛帶領的先進儲能材料與技術研究組，在鋰硫電池領域進行了系列的科學探索。近日，該研究組在前期研究的基礎上（Chemical Engineering Journal，2022, 427, 131790），開發(fā)出具有高比表面和多級孔結構的活性炭（AC）載體，并通過硒（Se）和碲（Te）取代部分S的新型正極材料。該新型正極具備容量高、導電性強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，且在醚類和酯類電解液中均表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。
如圖1所示，Raman光譜、XRD和XPS譜圖中出現(xiàn)了有別于S、Se、Te單一組分的新的特征峰，HRTEM圖中也出現(xiàn)了基于S-Se-Te的晶格條紋，表明該正極材料并非S、Se、Te三種組分簡單的物理混合，而是彼此鍵合形成一種新型的三元化合物。該SST/AC復合電極在醚類和酯類電解液中均表現(xiàn)出優(yōu)于單一S的電化學性能。在酯類電解液中，電池在0.5 C電流密度下循環(huán)300圈后仍能保持1024.9 mAh•g-1的高比容量，且在酯類和醚類電解液中容量保持率均能達到70%以上，表現(xiàn)出良好的兼容性。此外，S、Se和Te的三元協(xié)同效應可有效提升材料的導電性能，顯著降低電荷傳輸能壘，從而減小充放電過程中的電化學極化，改善了材料的庫倫效率和循環(huán)性能。
該研究通過硫族元素改良硫正極，解決鋰硫電池中硫正極本征缺陷的問題，且在醚類和酯類電解液中均有良好的兼容性，為硫族元素在鋰硫電池中的研究和應用提供了新思路。相關研究成果發(fā)表在《應用材料與界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上。研究工作得到國家自然科學基金、中科院、中國博士后科學基金、山東省自然科學基金等的支持。
S-Se-Te三元復合正極材料物相形貌表征及電化學性能
（來源：青島生物能源與過程研究所）