鋰硫電池被認為是最有發展潛力的下一代高能量密度儲能器件之一，其正極材料單質硫的理論比容量和比能量可高達1675 mAh/g和2567 Wh/kg，是目前商用鋰過渡金屬氧化物正極的五倍。然而，傳統鋰硫電池的安全性與循環性能差是其面臨的主要挑戰，嚴重影響了商業化進程。采用無機固體電解質取代傳統有機電解液的全固態鋰硫電池，能夠有效抑制多硫化物的產生，從而消除其穿梭效應，并能大幅提高其安全性，是未來鋰硫電池發展的重要方向。
盡管全固態鋰硫可以解決目前傳統鋰硫電池面臨的問題，然而其帶來了新的挑戰，如固-固界面問題以及應力/應變等效應導致的電池容量衰減等問題，是影響全固態鋰硫電池循環壽命的關鍵。近日，中國科學院寧波材料與工程研究所固態鋰電池團隊研究員姚霞銀領導的小組與美國馬里蘭大學合作，設計了一種新型硫正極結構的全固態鋰硫電池，通過在還原氧化石墨烯上沉積超薄（~2nm）非晶態納米硫層保持復合材料的高的電子傳導率，進而將還原氧化石墨烯/硫復合材料均勻分散在超鋰離子導體Li10GeP2S12基復合材料中，從而實現高離子電導率和低的應力/應變。以上述還原氧化石墨烯/硫復合材料-Li10GeP2S12-乙炔黑混合物作為正極層，Li10GeP2S12/改性Li3PS4雙層電解質作為固態電解質層，金屬鋰為負極組裝全固態鋰硫電池，其充放電曲線與傳統鋰硫電池截然不同，只有一對充放電平臺，顯著抑制了多硫化物的產生。
60°C條件下，0.05C首次放電容量為1629 mAh/g，首次庫倫效率達到90%；同時顯示出優異的倍率性能，在0.1C，1.0C和2.0C不同倍率進行充放電，發揮出1384.5，903.2和502.6 mAh/g的可逆容量；1.0 C大倍率長循環充放電下，循環750圈后仍可以保持830 mAh/g的可逆容量，電池單次循環容量衰減率僅為0.015%，表現出比傳統鋰硫電池顯著提升的循環性能。
相關工作發表于《先進能源材料》（Advanced Energy Materials，2017，doi: 10.1002/aenm. 201602923）。
上述研究工作得到了中科院納米先導專項（XDA09010201）、國家自然科學基金（51502317）、中科院青年促進會（2017342）等項目的支持。
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