Li-S电解质结构化调整:寄生反应减少20倍
发布时间:2018-08-14 09:33:00

Li-S电解质结构化调整:寄生反应减少20倍


成果简介


由于硫和锂金属电极具有高能量密度,使得锂硫(Li-S)小鱼儿玄机2站有希望成为传统锂离子小鱼儿玄机2站的替代品。为了解决锂硫小鱼儿玄机2站的多硫化物穿梭问题,一般通过设计正极结构来缓解。然而这种方法通常需要大量的电解液环境,且需要高电解质/硫(E / S)比。然而,低E/S比对于实现小鱼儿玄机2站的高能量密度至关重要。与全固态反应相反,一小部分溶解的多硫化物的存在于界面处发生多硫化物分解反应,有助于更快的动力学反应。通过这种独特的准固态反应方式,可以在抑制的多硫化物穿梭、低电解质体积和快速反应动力学之间实现平衡。Li金属小鱼儿玄机2站通常会因电解质溶剂分解而失效,长寿命低E/S锂硫小鱼儿玄机2站的一个先决条件是电解质不会被Li金属负极的副反应所消耗,这对于低E / S锂硫小鱼儿玄机2站来说这是至关重要的。


昨日,发表于Nature Energy上的最新成果, Linda F. Nazar 教授课题组设计出一种低E / S小鱼儿玄机2站,通过调整电解液结构同时解决了低E / S比和锂枝晶问题。作者通过实验和计算清楚地证明,通过降低二乙二醇二甲醚系统中的溶剂/盐摩尔比,硫反应途径从溶解-沉淀转变为准固态转换,降低了E / S比,并阻止了多硫化物穿梭。同时,在Li负极侧实现非树枝晶生长和稳定的SEI膜。随着电解质分解减少,溶剂降解得以减轻,从而延长低E / S锂硫小鱼儿玄机2站的寿命。


此外研究者还指出,进一步的研究工作需要通过筛选溶剂分子以及稀释剂和共溶剂来优化包括粘度和电导率等物理化学性质。例如,通过合理设计氧化还原介质来改善这种准固态转化体系中的硫和Li2S利用率,也有助于降低不可逆容量。还有必要设计一种智能结构的正极,它可以大面积承载和活化硫,但没有过高的孔隙率来占据大部分非活性电解液。



图文导读


图1.LiTFSI系统的电解质结构的光谱和计算研究。

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图2.LiTFSI电解质中锂硫小鱼儿玄机2站的电化学特征。

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图3. 循环后放电产物的Operando XRD研究和表征


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图4.在不同比例的G2:LiTFSI电解液中Li电镀/剥离行为

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图5.在Cu|Li小鱼儿玄机2站循环10圈后的完全剥离状态下Li负极SEI膜的XPS表征

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稿件来源: 小鱼儿玄机二站学人
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