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張強(qiáng)&張學(xué)強(qiáng)&文銳Angew.：提高SEI穩(wěn)定性助力Li-S電池發(fā)展！
來(lái)源： 時(shí)間：2023-07-25 15:37:45 瀏覽：2567次

第一作者：Hou Li-Peng和Li Yuan

通訊作者：張強(qiáng)教授、張學(xué)強(qiáng)教授、文銳研究員

通訊單位：清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、中科院化學(xué)研究所

DOI: 10.1002/anie.202305466


01

研究背景

鋰-硫（Li-S）電池具有超高理論能量密度，被認(rèn)為是超越最先進(jìn)的鋰離子電池（LIBs）的最有前途的系統(tǒng)。然而，Li-S電池的應(yīng)用受到壽命循環(huán)短的困擾。在低E/S比率、N/P小于2條件下，活性Li不斷與電解質(zhì)反應(yīng)加快了貧電解質(zhì)和活性Li的消耗速率，進(jìn)而加快了Li-S電池失效速度。其中，活性Li與電解質(zhì)的反應(yīng)由SEI不斷地重構(gòu)和裂紋引起。因此，提高SEI的均勻性和力學(xué)穩(wěn)定性對(duì)于長(zhǎng)循環(huán)的Li-S電池至關(guān)重要。基于此，清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)張學(xué)強(qiáng)教授和中科院化學(xué)研究所文銳研究員等人提出了一種以1, 3, 5-三氧雜環(huán)己烷（TO）和1, 2-二甲氧基乙烷（DME）為共溶劑的電解質(zhì)，通過(guò)富集Li-S電池中的有機(jī)成分來(lái)構(gòu)建高力學(xué)穩(wěn)定性的SEI。


02

文章要點(diǎn)

1、作者設(shè)計(jì)了以1, 3, 5-三氧雜環(huán)己烷（TO）和1, 2-二甲氧基乙烷（DME）為共溶劑的電解質(zhì)，富集Li-S電池中的有機(jī)成分增強(qiáng)了SEI的機(jī)械穩(wěn)定性。研究表明，高力學(xué)穩(wěn)定性的SEI，降低了活性Li、LiPSs和電解質(zhì)的消耗速率。

2、通過(guò)提高SEI的力學(xué)穩(wěn)定性，證明了TO/DME電解質(zhì)具有高鋰鹽溶解度、低密度、高離子電導(dǎo)率、寬氧化窗口和高S正極放電容量，滿足Li-S電池的基本（電）化學(xué)性能要求。此外，TO/DME電解質(zhì)使得Li-S電池的循環(huán)壽命從75次增加到216次。同時(shí)，使用該電解質(zhì)的417 Wh kg-1 Li-S袋式電池的循環(huán)壽命達(dá)到20次。


03

圖文展示

圖1. TO/DME電解質(zhì)的理化性質(zhì)及與Li-S電池的兼容性

圖2. HOPG電極上SEI的原位AFM表征

圖3.SEI的結(jié)構(gòu)和力學(xué)穩(wěn)定性


 圖4. 不同電解質(zhì)的Li-S電池在實(shí)際條件下的電化學(xué)性能


 圖5. 使用TO/DME電解質(zhì)的Li-S袋式電池的循環(huán)性能

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