储能技术作为便携式电子设备、电动汽车、轨道交通、空间技术、电网储能等重要领域的关键支撑技术,对推动我国经济和社会发展具有重大意义,开发具有高能量密度的储能器件已是大势所趋。然而,传统锂离子电池由于正负极材料理论容量的限制,其实际能量密度难以突破300 Wh/kg,不能满足用电设备未来面向大容量、长续航、轻便化的升级需求。
锂硫电池被认为是高能量密度电池技术中最具潜力的体系之一,其研究和发展一直备受关注。然而,现阶段由于锂硫电池中电解液用量过大(占整个电池质量的50%以上),导致其实际能量密度只能达到400 Wh/kg左右,仅为理论能量密度(2600 Wh/kg)的15%左右(传统锂离子电池已达到其理论值的50%以上),远低于预期。
近期,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心怀柔研究部、清洁能源实验室E01组刘涛博士在索鎏敏特聘研究员的指导下,从超轻电解液、锂友好型低密度电解液等方面入手展开系列研究。提出在固定电解液体积用量条件下,降低电解液密度解决锂硫电池中非活性电解液质量占比过高的问题。研究人员发现在E/S=3.0 μL/mg下,采用超轻电解液的软包电池中电解液重量占比由传统电解液的49.6%降低至41.1%。
得益于超轻电解液对电解液重量比例的降低,在单层软包下,锂硫电池能量密度由传统的329.9 Wh/kg提高到393.4 Wh/kg。如果组装为多层软包电池,采用超轻电解液的锂硫电池预估能量密度可达425.2 Wh/kg。该研究为锂硫电池能量密度的提升以及锂硫电池电解液的优化提供了全新的研究思路。