Adv. Sci.：基于生物质的集成方法使Li-S软包全电池具有出色的功率密度和能量密度

兔兔

2021-05-25

锂硫（Li-S）电池作为后锂离子电池（post-LIBs）的一部分，有望提供更高的能量密度。然而，如今的Li-S电池的功率密度要比LIBs差得多，这将Li-S电池限制在极少数需要低功率和长工作时间的特定应用中。随着近年来单体电池（正极、负极或电解液）的快速发展，人们期望通过一种集成的方法能够在不影响Li-S全电池能量密度的情况下最大限度地提高功率密度。有鉴于此，汉诺威莱布尼兹大学Lin Zhang等人通过在负极中使用新型生物质多孔碳基体（PCM），以及在正极中使用N-Co₉S₈纳米颗粒和碳纳米管（CNTs）来实现这一目标。

本文要点：

1）开发了一种新型的生物质基PCM，并将其作为锂金属的载体，可以均匀化锂离子的通量，抑制锂枝晶的生长。这导致全电池性能的显著提高，尤其是在大面积容量和高电流密度下。

2）正极中使用的N-Co₉S₈纳米粒子在转化过程中可以有效地固定和催化多硫化锂（LPSs），这是加速反应动力学和提高功率密度的另一个贡献因素。

3）正极由S、N-Co₉S₈与CNTs混合而成，CNTs可以同时提高正极的电学和力学性能。这在高硫负载量和低E/S比时尤为重要，对于高硫利用率和高比容量（能量密度）至关重要。这种集成方法使Li-S软包全电池具有优越的能量和功率密度（分别为325 Wh kg⁻¹和1412 W kg⁻¹），远高于最先进的LIBs。

这是首次在具有高S质量负载和低E/S比的Li-S软包电池中同时展示出卓越的能量/功率密度。这项工作解决了目前Li-S技术中低功率密度的问题，从而使Li-S电池在更多的应用场景中成为一个强有力的候选。

Yuping Liu et al. A Biomass-Based Integral Approach Enables Li-S Full Pouch Cells with Exceptional Power Density and Energy Density. Adv. Sci. 2021, 2101182.

DOI: 10.1002/advs.202101182.

https://doi.org/10.1002/advs.202101182