“面向洁净能源的先进材料”专栏特邀文章——

面向锂硫电池的高负载量碳硫复合正极材料研究进展

在近20多年的发展过程中，锂离子电池已经越来越接近于其理论能量密度的极限，并且随着化石能源消耗和电动车需求量的增加，锂离子电池已经不能满足社会的发展需求，寻找可替代的绿色新能源也变得愈发重要。其中，锂硫电池是最有希望代替锂离子电池，成为下一代电化学储能系统的电池之一。由于硫具有无毒性、低成本和高的能量密度等优势，使得锂硫电池吸引了研究者们的广泛关注。硫作为锂硫电池中非常重要的一部分——正极材料，对于电池的循环寿命、循环稳定性、能量密度、库伦效率等方面，产生了非常重要的影响。但是锂硫电池中存在的关键问题亦限制了其实际应用，例如硫的导电性差、多硫化物中间体的穿梭效应、较低的硫负载量、大的体积膨胀以及复杂的内部反应机理等。为了提高锂硫电池整体的性能，设计具有高的比表面积、优越的导电性以及更多的活性位点的基底材料用来负载硫变得越来越重要。为解决这些问题，研究者们设计了各种不同材料来进行硫的负载，例如碳-硫复合材料，金属氧化物-硫复合材料，聚合物-硫复合材料等。其中由于碳材料具有密度低、比表面积大、导电性好、结构多样、易于加工制备和价格低廉等优点，引起了研究者们的广泛关注，因此研究者们相继实现了一维、二维以及三维等不同结构的碳材料用来进行硫的负载，使得锂硫电池的循环寿命、循环稳定性和库伦效率得到了有效的提高。虽然在循环寿命等方面，研究者们投入了大量精力，但是硫的负载量有限，从而导致了电池整体的能量密度仍然很低。从商业化的角度来看，电池能量密度的高低才是研究者们关注的重点，因此研究者们在提高其性能的同时，也在不断地提高硫的负载量，以求达到更高的能量密度。

(a)模板法生长的碳纳米管包覆的硫（S@CNT）和碳纳米管包覆的碳纳米管-硫（S-CNTs@CNT）的原理图说明；(b) S-CNTs@CNT 的TEM图像；(c) CNTs@CNT的TEM图像

应《材料导报》编辑部邀约，北京大学工学院张腾、侯仰龙教授课题组总结撰写了《面向锂硫电池的高负载量碳硫复合正极材料研究进展》一文。该文概述了锂硫电池的最新发展状况、存在的反应机理以及阻碍其发展的主要问题，重点介绍了提高锂硫电池的性能和载硫量方面的研究进展，并对锂硫电池未来可能的发展方向进行了总结和展望。

该文系《材料导报》2018年重庆市出版专项资金期刊资助项目“材料与可持续发展——面向洁净能源的先进材料”特邀文章之一，将刊登在2019年第1期综述篇上。目前，该文已在中国知网优先出版，检索网址为:http://kns.cnki.net/kcms/detail/50.1078.TB.20180920.1454.002.html。敬请广大学界专家和师生予以关注。