科學通報 | "鋰離子快遞員"-鉭鎢氧化物載體助力鋰硫電池性能提升

在全球碳中和目標推動下，二次電池已成為能源存儲、轉(zhuǎn)化與應用的極其重要的組成部分。其中，占據(jù)主導地位的鋰離子電池的能量密度已逐漸接近其理論極限，而電動汽車、電網(wǎng)儲能等對高能量密度、低成本電池的需求則日趨增長，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，被評為"最具商業(yè)化潛力的下一代電池體系"。

盡管鋰硫電池的應用前景廣闊，但其仍長期面臨一些棘手問題，如可溶性中間產(chǎn)物多硫化鋰(LiPS)在正負極間往復遷移，并造成活性物質(zhì)持續(xù)流失的"穿梭效應"，這如同"漏油的燃料箱"，極易導致電池實際容量快速衰減；硫及其放電產(chǎn)物Li2S的絕緣特性使得電化學反應過程中電子/離子傳輸受阻，這類似于"高速公路發(fā)生堵車"，嚴重限制了電池的倍率性能。

針對鋰硫電池多硫化物穿梭和反應動力學緩慢兩大難題，山東農(nóng)業(yè)大學化學與材料科學學院王璐副教授團隊通過溶劑熱法設計制備具有鋰離子"快遞"功能的鉭鎢氧化物(Ta2WO8，簡稱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6.53 mg cm?2時，0.05 C下的容量可達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倍率下實現(xiàn)1000次超長循環(huán)，容量衰減率僅0.053%/每周(如圖2所示)。

圖2 S/TWO正極材料的電化學性能

該項研究不僅為構(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"設計理念更為鈉硫、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. 科學通報, 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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