KAIST与LG新能源开发出性能提升30%的下一代锂硫电池

Published 19 Jan.2023 10:25(KST)

“性能较传统锂离子电池提升逾30%”

[亚洲经济金奉洙记者] 韩国国内研究团队成功开发出一款性能比现有电池高出30%以上的下一代“锂-硫电池”。

韩国科学技术院（KAIST）19日表示，生命化学工程系教授 Lee Jinwoo 研究团队与 Pohang University of Science and Technology 教授 Han Jeongwoo 研究团队、LG能源解决方案下一代电池研究中心联合开展研究，成功开发出一款在能量密度和寿命稳定性方面相比现有产品大幅提升的锂-硫电池。

KAIST与LG能源解决方案开发的锂硫电池中，通过在铁原子周围引入电子给体和电子受体来诱导电子交换现象的策略示意图。图片由KAIST提供

由于有望实现比商用锂离子电池高出2至3倍左右的能量密度，锂-硫电池作为下一代二次电池候选之一备受关注。特别是在电动汽车及电子设备等一次性可储存能量多少至关重要的应用领域，锂-硫电池技术开发的重要性愈发凸显。

要实现具有高能量密度水平的锂-硫电池，必须在减少电池内部所需的沉重电解液用量的同时，确保高容量和工作电压。然而，一旦电池内部电解液用量减少，由正极产生的锂多硫化物溶解现象将导致电解液污染程度急剧加重，从而使锂离子电导率下降，电化学转化反应活性降低，难以实现高容量和高工作电压。

全球众多研究团队一直在开发各种功能性材料，以改善锂多硫化物持续溶解现象及其转化反应活性，但迄今为止，在锂-硫软包电池水平上同时确保高能量密度和寿命稳定性仍然面临困难。所谓软包电池，是指将正极、负极、隔膜等材料层层叠放后，再用薄膜封装而成的一种电池形态。软包电池被视为最先进的电池形态之一，其优点是可根据应用领域制作成多种形状。

研究团队成功开发出一种以铁（Fe）原子为基础、能够大幅提升锂多硫化物溶解现象和电化学转化反应性的功能性正极材料。研究团队将具有优化电子结构的铁原子基功能性材料引入正极后，不仅能够有效抑制锂多硫化物的溶解现象，还改善了锂多硫化物向不溶性的硫化锂转化的反应性，即便在电池内部仅使用少量电解液，也能实现高可逆容量、高工作电压以及优异的寿命稳定性。

尤其是在容量达到安时（A·h）水平的锂-硫软包电池中，相比现有商用锂离子电池，能量密度提升约30%，单重能量密度（单位质量可储存能量）达到320W·h/kg以上，取得了这一成果。由于铁（Fe）是一种价格极为低廉的材料，此次研究开发出的正极功能性材料今后在锂-硫电池产业领域具有应用潜力。

Lee Jinwoo 教授表示：“在开发优异的锂-硫电池正极功能性材料过程中，我们证明了通过诱导电子交换现象来调控电子结构的技术具有广阔前景。”他还表示：“今后应继续通过多种能够调控功能性材料电子结构的技术开发，在锂-硫软包电池水平上实现高能量密度和寿命稳定性。”