近日，唐大伟教授课题组在锂硫电池电极材料热物性模拟计算方面的相关研究成果在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（IF=19）上发表，题为《Competing Heat Carriers Leading to Distinctive Cation Concentration Dependent Thermal Conductivity of Amorphous LixS (x = 0–2) Batteries》。文章第一作者为高宇飞副教授。

锂硫电池的应用存在着一些技术和工程上的问题与挑战：锂硫电池在充放电过程中会产生大量的多硫化物，导致电极损失和电化学反应中间产物的沉积等问题，这些问题需要通过材料设计、电解液改良以及电极结构优化等多方面的努力来解决；同时，高性能电池的设计追求高能量密度和高锂离子迁移率，这也会导致在有限体积中存在大量热能需要耗散的实际需求；此外，电池过度使用引起的大量热量积累和局部温度过高而形成的热失控也已经成为电池应用中的重要问题。因此，针对锂硫电池在工作过程中热输运性能变化的机理研究对于锂硫电池的设计和电池性能的提升具有重要意义。

锂硫电池在充放电工作中会伴随着电极材料的锂化和脱锂过程，电极材料中的锂离子浓度在上述两过程中会发生相应的变化，而电极材料的结构也会随之发生改变。基于此，本文研究了非晶态硫化锂（a-Li_xS）的热输运性能随锂离子浓度的变化趋势。随着电极中锂离子浓度（a-Li_xS中的x）从0.39增加到1.94，a-Li_xS的热导率从0.45W/mK增加到了0.85W/mK，增长幅度接近100%，并且在输运型和非输运型声子竞争机制的作用下，a-Li_xS热导率的增长趋势表现出不同的三个阶段：第一阶段，当锂离子浓度从0.4增长到1.2时，a-Li_xS热导率缓慢增加；第二阶段，锂离子浓度从1.2增长到1.6时，a-Li_xS的热导率快速增加，其增长速度是第一阶段的三倍；第三阶段，锂离子浓度从1.6增长到2.0时，a-Li_xS的热导率保持稳定，其不再随锂离子浓度变化而变化。此三阶段变化趋势（缓慢增长-快速增长-平稳收敛）与其它影响因素的作用效果有明显区别：一般地，材料中缺陷浓度的增加使热导率表现出快速降低-缓慢降低-稳定收敛的趋势；材料尺寸的增加使热导率表现出快速增长-缓慢增长-逐渐收敛的趋势。上述因素对热导率的影响均可归纳为作用效果逐渐降低，而本文独特的热导率变化趋势表明锂硫电池电极在充放电过程中包含有更为独特的热输运机理，这为解决锂硫电池电极材料充放电过程中的热管理问题提供了新的研究思路，还为研究电池中多硫化物涉及的穿梭效应提供了大量热物性方面的数据信息。