基于硫化锂正极的全固态锂-硫电池已经成为下一代储能候选电池，因为它们可以提供比锂离子电池更高的理论能量密度，并且有可能实现无阳极电池设计。然而，由于离子和电子输运的限制以及电荷的高活化势垒，固态Li2S的正极动力学受到阻碍。
近日，滑铁卢大学Linda F. Nazar报道了一种封装的Li2S正极设计，在该设计中，30 nm厚的外层LiVS2外壳作为Li2S芯的电荷载流子(Li+和e-)的传输载体。
文章要点
1）研究发现，VS2(一旦在外表面脱氢)是Li2S↔S转化的固-固界面介体。通过采用这种核壳结构，实现了准金属、离子导电的LiVS2外壳和绝缘Li2S内核之间的紧密接触。这有助于在正极复合材料与银辉石电解液混合后，通过电子和离子通道渗入。LiVS2提供的双功能行为改善了固态硫电化学的阴极动力学，使锂硫电池能够在合理的高电流密度(高达3 mA∙cm-2)下充电。
2）采用这种方法，在中等电流密度1 mA∙cm-2和活性物质负载量2.0 mgLi2S+LiVS2∙cm-2的条件下，全固态Li-S电池可以循环1000次以上，同时在室温下保持了近80%的初始容量。在4和6mgLi2S+LiVS2∙cm-2的中等负荷下，电池还显示出极长的循环寿命。高负载电池(10 mg∙cm-2)在60 °C时的面积容量>5 mA∙h∙cm-2，但循环寿命有限。
这些研究为全固态Li-S正极结构的定制设计提供了洞察力。
参考文献
Chun Yuen Kwok, et al, High-Performance All-Solid-State Li2S Batteries Using an Interfacial Redox Mediator, Energy Environ. Sci., 2023
DOI: 10.1039/D2EE03297J
https://doi.org/10.1039/D2EE03297J
