中国科学院物理研究所索鎏敏AEnM：几何梯度正极结构克服反应异质性，助力实用化锂硫软包电池

本文针对锂硫软包电池因正极中心区域电解液不足导致的反应异质性和早期失效问题，提出了创新性的几何梯度正极结构。研究背景指出，传统正极的面密度均匀，而电解液分布呈边缘高中间低，导致电解液/活性物质比不均，引发中心区域反应动力学变慢、穿梭效应加剧和电池快速失效。研究目的旨在通过定制化设计，使正极的面密度从边缘到中心逐渐降低，以匹配电解液的自然梯度分布，从而在整个正极区域维持一致的电解液/活性物质比例。结论表明，该梯度结构具备两大功能：中心区域储存电解液以提升容量释放，以及协调电解液消耗与补充以延长循环寿命。通过表面分析、原位超声成像和原位压力分析等多种技术验证，梯度正极成功实现了均匀的电解液分布、均相反应和均匀的压力分布。在多层软包电池原型中，该设计实现了390 Wh/kg和880 Wh/L的双高能量密度，并将循环寿命从传统正极的4次循环显著延长至50次（基于容量保持率）或45次（基于库仑效率≥80%标准），展示出在实用化锂硫电池中的显著优势。