超宽温域锂硫电池电极材料

一、成果简介

首次通过原位拉曼光谱、原位交流阻抗及密度泛函计算分析出锂硫电池低温下的反应过程以及宽温域下反应决速步骤，并设计出一种针对这些反应决速步骤有特异性优化的钒酸铋多孔微球材料作为电池的硫骨架材料，能将锂硫电池的有效工作温度范围拓宽到-40℃到70℃的超宽范围。

二、成果特点

合成钙钛矿半导体多孔钒酸铋球（BiVO4），并将其用作锂硫电池的宿主材料，通过缩短锂离子传输路径、加速目标速率决定步骤来实现快速转移催化过程，而且，材料特殊的多孔结构也可以帮助快速完成硫化物的吸附—转移—催化，抑制了高温下的“穿梭效应”所导致的反应动力学急剧下降的现象，同时提高了低温环境下的硫转化效率。

以多孔钒酸铋球为主题的锂硫电池在宽工作温度下表现出优异的倍率性能和循环性能。在 2℃下循环 450 次后可逆容量仍保持在 970 m Ah g -1 以上，70℃下容量衰减率仅为 0.016 %cycle -1，在-40℃下仍能正常工作，并释放出 732 mAh g -1 的初始放电容量。

四、应用前景

锂硫电池因其超高能量密度和低成本，在动力电池、储能等领域具有广阔前景。超宽温域锂硫电池电极材料可以适应极端气候，支持快充与长续航，提升安全性；可以适应极端环境储能，为航空航天、户外储能等提供稳定电力；也可以满足军用、可穿戴设备对宽温电源的需求。