安全隐患仍然是目前广泛研究的碱金属充电电池(如Li/Na/Ka离子电池、Li/Na-S电池、锂空气电池)实用化的根本障碍。

近日，北京化工大学邱介山教授，大连理工大学王治宇教授报道了基于Li₂S正极和硅负极在强凝胶聚合物电解质（GPE）中的多电子参与且稳定的化学反应，设计了一种高能、安全的准固态电池。

文章要点

1）这种无锂金属和氧化物的设计不存在泄漏风险，避免了在过度使用条件下不受控制的放热连锁反应，从本质上确保了电池的高度安全性。在此基础上，通过最小化LiPS吸附之间的扩散能垒和Li₂S正极上纳米限域双功能电催化吸附器的氧化还原转化以提高电池的氧化还原活性。与已报道的硫或Li₂S正极不同，要实现LIPS的转化，必须涉及一个额外的步骤，即从非导电吸收体（如金属氧化物/硫化物）扩散到带电的催化表面。

2）通过在多级中空结构中设计具有内置体积调节特性的硅负极来缓冲完全锂化的Li₂S，电池稳定性得以优化。同时，在运行的电池中原位生成紧密而灵活的GPE电极界面，以确保良好的界面相容性和离子导电性，同时阻断LiPS并降低热失控。

3）实验结果显示，所开发的准固态可充电Li₂S‖硅全电池可提供高达802 Wh kg^-1 _Li2S+Si的高比能量，高耐久性、低自放电以及良好的-20至60 ℃温度适应性。同时，电池在空气或水中表现出优异的抗机械损伤、过热和短路的安全性，为实际应用提供了高可靠性。

参考文献

Xiangyu Meng, et al, A quasi-solid-state rechargeable cell with high energy and superior safety enabled by stable redox chemistry of Li₂S in gel electrolyte, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D0EE03037F

https://doi.org/10.1039/D0EE03037F