研究透视：Angew/Adv. Mater.-超轻电解液,实现高能量密度锂硫电池新策略

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锂硫电池，被认为是高能量密度电池技术中最具潜力的体系之一。近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心怀柔研究部、清洁能源实验室E01组刘涛博士在索鎏敏特聘研究员的指导下，从超轻电解液（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17547–17555）、锂友好型低密度电解液（Adv. Mater. 2021, 2102034）等方面入手展开系列研究。提出在固定电解液体积用量条件下，降低电解液密度解决锂硫电池中非活性电解液质量占比过高的问题。

从电解液密度入手，以“变质不变量”的方法，通过有效调控电解液中盐的种类、浓度并在电解液中引入锂友好型、低密度单醚溶剂，获得了密度仅为0.83 g/mL的超低密度锂硫电池电解液。

图1. (a) 不同E/S比下锂硫全电池中各成分质量占比，(b) 电解液密度对锂硫电池质量能量密度的影响

图2. 使用超轻或常规电解液对金属锂沉积行为的影响， (a) 不同电解液Li-Cu库伦效率，(b-c) 不同电解液下金属锂表面的F、N的XPS能谱，(d-f) 常规电解液下锂的沉积形貌， (g-i) 超轻电解液下锂的沉积形貌。

图3.溶解饱和多硫化合物前后不同电解液(a) 电导率变化和 (b) 粘度变化，(c) E/S=3.0下使用不同电解液锂硫电池的充放电曲线， (d) 软包下采用不同电解液的循环性能， (e)在不同E/S比下超轻电解液对锂硫电池能量密度的提升。

采用了一种全新的氟化硅烷结构的溶剂，该氟化溶剂相比传统氟化溶剂不仅具有密度低的优势，同时该氟化溶剂可以在金属锂表面产生大量的LiF，LixSi复合物质保护金属锂。

图4 . (a) 氟化硅烷溶剂分子(TFMTMS)结构，（b）TFMTMS与传统氟化溶剂密度对比，（c）金属锂泡于TFMTMS后的F元素XPS，（d）金属锂泡于TFMTMS后的Si元素XPS，（e-f）TFMTMS与LiTFSI中F与金属锂反应的能大小模拟。

图5. (a) 采用常规电解液的锂硫充放电曲线，（b）采用低密度氟化溶剂电解液的充放电曲线，（c）采用不同电解液在低载量下锂硫循环稳定性能，（d）高载量下采用不同电解液的锂硫循环稳定性能。

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202103303

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102034

原文链接：http://www.iop.cas.cn/xwzx/kydt/202108/t20210816_6156977.html

本文来自“中国科学院物理所”官网，略有删减。

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