受电动汽车和电动航空需求驱动，标普全球洞察预计，到2030年全球锂离子电池需求将较2023年水平增长一倍以上。新电池需兼具高性能与经济性，以实现规模化应用。硫作为电池材料，具有成本低、储量丰富和理论比容量高等优势，但其实际应用长期受限于材料本身特性。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院与加州大学圣地亚哥分校纳米工程系能源存储与转换实验室博士后研究员Chen-Jui Huang参与的一项研究，近期在《自然·通讯》发表论文，探索了基于锂硫转化化学的全固态电池开发路径。

"从价格上看，硫是电池中成本最低的理想材料，"Huang表示。"硫正极的主要局限在于其本身具有绝缘性，电子导电率低，离子传输有限。因此，建立连续的电子/离子渗透网络具有挑战性，相当一部分硫无法实现电化学接触，难以达到理论容量。"

研究团队通过优化固态电解质粉末的颗粒尺寸并调整制备策略，开发出硫基复合正极，其放电比容量达到每克硫约1500毫安时，接近硫的理论容量1675毫安时。团队还在软包电池中验证了这一性能，证明该技术具备规模化应用潜力。

该研究是芝加哥大学、加州大学圣地亚哥分校与韩国电池制造商LG新能源通过其前沿研究实验室项目开展的产学研合作成果。

"这项研究显示，无需添加新材料或涂层，仅通过更合理地排列现有材料，就能使硫的反应效率显著提升，"LG新能源高级研究员Seung Bo Yang表示。"通过优化颗粒尺寸和材料混合方式，全固态电池能够实现高容量和实用能量输出。"

研究团队开发的一步球磨工艺将硫、固态电解质和导电碳三种材料共同研磨成粉末，形成均匀混合物，并产生亚稳界面相，使硫化物电解质与硫正极材料发生部分反应，从而提升性能。

"更高的能量密度意味着未来电动汽车的续航里程有望显著增加，"Yang补充道。

论文还探讨了电极材料在充放电过程中体积变化的应对策略。硫基电极与镍锰钴电极的膨胀收缩方向相反：硫膨胀时镍锰钴收缩，反之亦然。研究团队利用这一特性，将硅负极与硫化锂正极配对，使电极在循环过程中体积变化相互抵消，降低整体应力累积。

"产学研合作对于跟上快速发展的电池市场至关重要，"Yang表示。"随着电动汽车和储能需求增长，将工业制造专长与高校创新研究相结合，有助于加速下一代电池技术的开发。"

出版详情：作者：Ashley Cronk等人，标题：《一种高利用率和实用的锂硫正极，使全固态电池成为可能》，发表于：自然通讯(2026)。期刊信息： 自然通讯