科學(xué)通報(bào) | "鋰離子快遞員"-鉭鎢氧化物載體助力鋰硫電池性能提升

在全球碳中和目標(biāo)推動(dòng)下，二次電池已成為能源存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化與應(yīng)用的極其重要的組成部分。其中，占據(jù)主導(dǎo)地位的鋰離子電池的能量密度已逐漸接近其理論極限，而電動(dòng)汽車、電網(wǎng)儲(chǔ)能等對(duì)高能量密度、低成本電池的需求則日趨增長(zhǎng)，因此開發(fā)高比能二次電池已成為未來二次電池的核心發(fā)展方向。鋰硫電池憑借其超高的理論能量密度(2600 Wh/kg)和硫正極的低成本優(yōu)勢(shì)，被評(píng)為"最具商業(yè)化潛力的下一代電池體系"。

盡管鋰硫電池的應(yīng)用前景廣闊，但其仍長(zhǎng)期面臨一些棘手問題，如可溶性中間產(chǎn)物多硫化鋰(LiPS)在正負(fù)極間往復(fù)遷移，并造成活性物質(zhì)持續(xù)流失的"穿梭效應(yīng)"，這如同"漏油的燃料箱"，極易導(dǎo)致電池實(shí)際容量快速衰減；硫及其放電產(chǎn)物L(fēng)i2S的絕緣特性使得電化學(xué)反應(yīng)過程中電子/離子傳輸受阻，這類似于"高速公路發(fā)生堵車"，嚴(yán)重限制了電池的倍率性能。

針對(duì)鋰硫電池多硫化物穿梭和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢兩大難題，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院王璐副教授團(tuán)隊(duì)通過溶劑熱法設(shè)計(jì)制備具有鋰離子"快遞"功能的鉭鎢氧化物(Ta2WO8，簡(jiǎn)稱TWO)微球載體(圖1a~c)，其在鋰硫電池工作區(qū)間內(nèi)具有良好的可逆鋰離子脫嵌性能(圖1d)，且所形成的嵌鋰態(tài)Li?TWO (1

圖 1 所合成TWO的微觀形貌(a)~(c)，(d)在鋰硫電池工作區(qū)間(1.7~2.8 V)的CV曲線，對(duì)多硫化鋰吸附(e)和單質(zhì)硫溶解(f)的作用，以及在多硫化鋰向硫化鋰轉(zhuǎn)化(g)和硫正極整個(gè)放電過程中作用示意圖 (h)

所制備的鋰硫電池在0.1 C倍率下的首周容量為1057.43 mAh g?1，循環(huán)200周的容量衰減率低至0.164%/每周，容量保持率從38.9%提高到67.4%；在面載量高達(dá)6.53 mg cm?2時(shí)，0.05 C下的容量可達(dá)1076.89 mAh g?1，0.1 C下循環(huán)160周后容量維持在668.33 mAh g?1，容量保持率為75.40%，容量衰減率為0.155%/每周；并在1 C倍率下實(shí)現(xiàn)1000次超長(zhǎng)循環(huán)，容量衰減率僅0.053%/每周(如圖2所示)。

圖2 S/TWO正極材料的電化學(xué)性能

該項(xiàng)研究不僅為構(gòu)筑高性能鋰硫電池提供了新思路，而且所提出的"活性載體"設(shè)計(jì)理念更為鈉硫、鉀硫等新型電池的研究開發(fā)提供了一定參考。

文章信息

趙汝穎, 李成福, 代文彬, 呂延鵬, 熊志鵬, 孫浩, 孔令龍, 王璐. 嵌鋰型Ta2WO8載體構(gòu)筑高性能鋰硫電池正極. 科學(xué)通報(bào), 2026, 71(7): 1527–1536

Zhao R, Li C, Dai W, lv Y, Xiong Z, Sun H, Wang L. Lithium-intercalation type Ta2WO8 hosts enabling high-performance lithium–sulfur battery cathodes (in Chinese). Chin Sci Bull, 2026, 71(7): 1527–1536, doi: 10.1360/CSB-2025-0620

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