张强AM：弱化包覆多硫化锂的溶剂溶解能力实现锂硫电池的长循环

Nanoyu

2022-09-11

长循环寿命是锂-硫（Li-S）电池实际应用的先决条件，但这又受到可溶性多硫化物和锂金属负极之间副反应的严重限制。多硫化物溶剂化结构的调控使得封装多硫化物电解质（EPSE）成为抑制寄生反应的一种有前途的解决方案。而多硫化锂外层溶剂中溶剂的溶解能力对EPSE的包封效果至关重要。

近日，清华大学张强教授，北京理工大学Xue-Qiang Zhang发现，1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（HFE）被证明是构建EPSE以抑制LiPSs在工作锂金属阳极上的副反应的优良外壳溶剂。

文章要点

1）研究人员将HFE用作优良的外层溶剂来构建EPSE，以抑制LiPSs和Li金属阳极之间的固有副反应。HFE分子中有两个长的氟烃链，具有很大的空间位阻和丰富的吸电子-CF₂-链段，这使得HFE具有很弱的溶剂化能力。HFE与LiPSs的弱相互作用使得HFE只分布在LiPSs的外层溶剂中。

2）具有高还原稳定性的HFE确保了包裹结构在重复循环中得到很好的保存。基于超薄锂金属负极（50 μm）和高负载S正极（4.4 mg cm⁻²）的70%的容量保持率，HFE-EPSE显著提高了Li-S电池的循环寿命，从54次提高到135次。此外，带有HFE-EPSE的2.4AH级Li-S软包电池可提供稳定的25个循环，初始能量密度为334 Wh kg^-1。

本工作证明了HFE是构建EPSE的一种优越的外壳溶剂，并启发了进一步有效地调节LiPS的溶剂化结构以实现长循环Li-S电池。

参考文献

Li-Peng Hou, et al, Weakening the Solvating Power of Solvents to Encapsulate Lithium Polysulfides Enables Long-Cycling Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202205284

https://doi.org/10.1002/adma.202205284