图1.锂硫正极结构独特的原位包裹策略示意图：（a）无包裹的碳/硫材料。（b）完美包裹的碳/硫材料（在电池组装之前）。（c）包裹层有缺陷的碳/硫材料（在电池组装之前）。（d）原位包裹的碳/硫材料。

图2.（a）原位包裹流程图。（b）无包裹的碳/硫材料，（c）包裹层有缺陷的碳/硫材料和（d）原位包裹的碳/硫材料的透射电镜图片。（e）原位包裹的原位包裹的碳/硫材料的长循环性能图。

随着社会和科技的发展，人类对电化学储能技术的需求日益增大，研究人员都在寻找具有更高比能量的下一代二次电池。锂硫电池以硫为正极活性物质，基于硫与锂之间的可逆电化学反应来实现能量储存和释放，其理论质量比能量可达到2600 Wh/kg，是目前锂离子电池的3至5倍，有望被应用于动力电池、便携式电子产品等领域，但内部的多硫化物穿梭效应造成循环寿命短的问题将限制其将来的实际应用。

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员陈立桅课题组在锂硫电池正极材料的研究中取得新进展。研究人员展示了一种不同于常规的硫正极材料包裹的新策略。常规的包覆策略是在硫正极材料颗粒外制备一个包覆层，然后将此材料制备成正极并与电解液等搭配组装成电池。常规包覆策略存在一个难以克服的矛盾：如果材料颗粒在组装电池之前已覆有完美的包覆层，则电解液将难以扩散进材料内部，从而导致内部的硫无法参与充放电过程；而如果材料未被完美包覆，则充放电过程中的中间产物多硫化物仍将从正极材料中扩散出来，造成穿梭效应。在此新工作中，研究人员预先在碳/硫复合颗粒上生长一层不完美的含孔的预包覆层（在材料制备过程中完成），后将由此材料制备而成的正极与含有特殊添加剂的电解液一起组装成电池。在电解液浸润碳/硫颗粒的同时，添加剂将与预包覆层发生反应，从而在颗粒外部原位形成致密的包覆层。

这种原位包覆策略避免了常规手段的弊端，既实现了电解液与材料的浸润，同时又限制了多硫化物的扩散。研究结果表明，采用此新包覆策略的锂硫电池的库仑效率和循环寿命得到显著提升。其组装的电池在高放电倍率的条件下呈现出极好的循环稳定性，在1C的电流密度下循环1000次，单次循环的容量衰减率仅为0.03%。相关结果已发表在Nature Communications（8,479,2017）上。

该项工作得到了中科院战略性先导科技专项、科技部重点研发计划、国家自然科学基金的支持。

文章来源：苏州纳米技术与纳米仿生研究所

　　科技日报北京9月12日电 ：锂—液态多硫流动电池理论上适合用于电网大规模储能，然而这种电池在循环过程中容量容易降低，无法真正获得应用。历时多年，美国斯坦福大学崔屹教授课题组日前找到恢复电容的“再生”之术，有望解决电网大规模储能难题。

课题组发表在《自然·通讯》杂志上的论文称，以金属锂作为负极，以液态的多硫作为正极的锂—液态多硫流动电池，具有能量密度高、储能成本低以及可流动性等优点，然而在充放电过程中，其中的液态多硫转化成固态多硫析出，形成“死的多硫碎片”，导致电池循环过程中容量降低，无法真正应用于电网大规模储能。而该研究能让多硫碎片“起死回生”。

研究人员告诉科技日报记者，所谓“再生”，是让加入的硫粉与“死硫碎片”在加热搅拌的情况下发生化学反应，将固态的低阶多硫转化为液态的高阶多硫，从而恢复电池损失的容量。在实际的锂—液态多硫的流动系统中，每隔一段时间进行一次“再生”，可以使整个系统持续稳定运行，并且使其具有较高的能量密度。课题组搭建了一个锂—液态多硫流动电池的储能系统，进行循环测试。在单体电池中使用的硫负载含量高达克级别，这比一般测试电池硫负载量高出很多，并且可以稳定地运行。

凭借其能量密度高、储能成本低和安全特性，锂—液态多硫储能电池系统在未来电网级别的规模储能中具有很好的应用前景，而且有望将储能成本降低至100美元/千瓦时以下。（姜靖）