Adv. Sci.: 硫正极的孔结构调控保证贫电解液锂硫电池的高性能
小学生
锂硫电池由于其具有高理论比容量和能量密度而备受瞩目。但是在锂硫电池的装配过程中需要大量电解液：扣式电池中电解液/硫（E/S）>10 μL mg-1，软包电池中E/S>3 μL mg-1。而在实用锂离子电池中这一数值仅有0.3 μL mg-1。电解液的大量使用是导致锂硫电池实际能量密度不高的主要原因之一。但是普遍来说，降低锂硫电池中电解液的量又会导致其比容量大幅下降，循环稳定性降低。鉴于此，同济大学Li Sa课题组和麻省理工学院Li Ju课题组构造出具有独特孔结构的硫正极，其特殊的孔结构保证了电池在贫电解液体系下依旧具有较高的比容量和能量密度。这一研究解释了电极自身孔道结构对锂硫电池性能的影响，并为锂硫电池的实用化做出了贡献。
本文要点
1) 正极选材为商业化硫（S）及科琴黑（KB），无其他导电介质添加；
2) 作者使用冷冻干燥的方法制备硫碳正极（FDS-C），构造独特的孔结构，并将其性能与普通加热干燥的正极（TDS）做对比；
3) FDS-C具有连通的大孔道和毛细孔，而TDS则具有许多封闭的孔道。极片孔道结构的区别导致FDS-C对电解液的浸润性和储存电解液的能力均优于TDS；
4) 当硫的面载量提高至14.2 mg cm-2，E/S=7μL mg-1时，电池具有16 mAh cm−2左右的稳定面积比容量。这一数值是普通锂电池的4-5倍；
5) 在安时级的软包电池中，将E/S比降低至约1.2μL mg-1时，电池具有481Wh kg-1的能量密度；
参考文献：
Yong Xie et al., Semi-Flooded Sulfur Cathode with Ultralean Absorbed Electrolyte in Li–S Battery, Adv. Sci., 2020.
DOI: 10.1002/advs.201903168