通过分离Li+离子和锂聚硫化物在锂硫电池中的作用来定制电解质

《ACS Energy Letters》：Tailoring Electrolytes by Decoupling the Roles of Li+ and Lithium Polysulfides in Li–S Batteries

本研究通过氟代乙醚类溶剂（如F4DEE）的协同作用，分离了Li?和LiPS的溶剂化与溶解性效应，揭示了Li?溶剂化主导离子电导率与锂阳极可逆性，而LiPS溶剂化影响硫（S8）、LiPS及锂硫化物（Li2S）的转化热力学，LiPS溶解度决定其氧化还原动力学。所设计的电解液在提升锂阳极稳定性同时保持锂硫正极活性，显著延长了锂硫电池循环寿命。

　　

理解锂离子（Li⁺）和锂多硫化物中间体Li₂S_x（LiPS）的不同作用对于设计能够延长锂硫（Li–S）电池实际循环寿命的电解质至关重要。在这项研究中，我们分离了Li⁺和LiPS的溶剂化效应和溶解度效应，并通过使用共溶剂策略将其与电化学性能联系起来。Li⁺的溶解度和溶剂化作用主要决定了电解质的离子导电性以及锂阳极的脱嵌/沉积过程的可逆性。相比之下，LiPS的溶剂化作用影响了硫（S₈）、LiPS和锂硫化物（Li₂S）之间的相互转化的热力学性质，而LiPS的溶解度则决定了它们的氧化还原动力学。通过使用一种含氟的甘醇（F-glyme）共溶剂——具体来说是1,2-双(2,2-二氟乙氧基)乙烷（F4DEE），这种共溶剂虽然对LiPS的溶解度较低，但对Li⁺的溶剂化作用适中，我们设计出了一种既能提高锂阳极稳定性又能保持足够硫阴极活性的电解质，从而延长了Li–S电池的循环寿命。本研究揭示了Li⁺和LiPS在Li–S电化学中的相互作用机制，并为下一代Li–S电池电解质的开发提供了设计原则。