孙学良院士团队：更安全的高温Li-S电池!

电池安全问题，刻不容缓啊！...



安全问题一直是电动汽车应用中所面临的重要挑战，而研制与开发安全、高能量的二次电池正是发展电动汽车过程中急需解决的核心问题。锂-硫电池近年来持续受到人们的广泛关注。由于其较高的能量密度，较低的原料成本以及环境友好等特点，被业界认为是最有潜力应用于电动汽车的储能电池体系。

锂-硫电池现阶段普遍采用的醚类电解液，其溶剂均具有沸点和闪点较低的缺陷，无法满足电池在高温下（> 55 oC）的工作需求；而电解液中的硝酸锂添加剂，也为高温电池的安全性增加了不确定因素。同时，高温环境也会加速多硫化锂在电池中的溶解问题，引发更为严重的“穿梭效应”。这些问题会导致采用醚类电解液的锂-硫电池在电动汽车的应用中存在大量安全隐患，无法实现高能量锂-硫电池的市场化应用。

碳酸酯类电解液广泛应用于高温锂离子电池中，可以为锂-硫电池在高温工作时提供安全，稳定的电解液环境。但由于多硫化锂与碳酸酯溶剂的大量副反应，大多数锂-硫电池无法采用此类电解液。

因此，如何实现高温锂-硫电池的安全性却是该领域研究中长期困扰的课题，这也成为锂-硫电池能否应用于电动汽车的关键。

针对高温锂-硫电池的安全问题，加拿大西安大略大学孙学良院士团队联合美国伯克利国家实验室与加拿大光源中心，首次报道了利用分子层沉积薄膜技术（MLD）研发新型Alucone 铝基高分子包覆材料应用于硫基电极体系，可以使硫电极在碳酸酯类电解液中稳定工作，为现阶段研发的硫正极材料提供了一种普适而有效的表面修饰方法，为发展安全、稳定的长寿命高温锂-硫电池提供了新的思路。

研究结果表明，这种高温锂-硫电池在55oC下，充放电循环300次，其放电比容量仍可保持在570 mAh g-1, 其电池寿命与高温循环性能均得到显著提升。



图1.分子层沉积alucone包覆示意图及高温锂-硫电池的循环性能

图2. 同步辐射吸收光谱揭示alucone 包覆层在锂-硫电池中的工作机理文章中还报道了采用多种同步辐射X-ray技术，研究揭示了分子层沉积薄膜在锂-硫电池中的工作机理。通过研究发现，这层分子级的超薄包覆层可以钝化硫电极表面，在避免了其与碳酸酯溶剂间发生副反应的同时，仍允许锂离子在包覆层中的自由穿梭，实现了安全碳酸酯电解液在高温锂-硫电池中的应用。

未来，该团队将继续致力于发展安全、可靠的锂-硫电池，并结合同步辐射技术研究揭示其机理，从而促进高能量锂-硫电池大规模应用。

参考文献：

Xia Li, Xueliang Sun et al. Safe and Durable High-Temperature Lithium–Sulfur Batteries via Molecular Layer Deposited Coating. Nano Lett., 2016.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00577

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b00577孙学良院士于2004年加盟加拿大西安大略大学(University of Western  Ontario)组建纳米能源实验室(Nanomaterials and Energy Group)，现担任纳米材料和清洁能源发展领域的加拿大首席研究者（Canada Research Chair）。课题组专注于发展多种合成纳米材料，例如纳米管、纳米线、纳米粒子和薄膜等，以及在洁净能源领域的应用，包括低温燃料电池、锂离子电池、锂-硫电池、锂空气电池和钠空气电池等。著有（合著）240多篇文章，两部书籍和14个章节，文章曾发表在Nature Communications、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition、J Am Chem Soc(JACS)、Nano Letters、Energy Environmental Science等杂志上。孙学良院士拥有十项美国专利，与巴拉德动力系統公司(Ballard Power Systems)，通用汽车公司(GeneralMotors)，Lithium Phostech和加拿大国防系统等大学、公司和政府组织均有合作。获得的荣誉奖项包括Early Research Award(2006), Canada Research Chair(2007), University Faculty Scholar Award(2010)和Western Engineering Prize for Achievement in Research(2013)等。

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