北理工《AM》：揭开锂硫电池中锂多硫化物与锂金属阳极反应之谜！

北理工《AM》：揭开锂硫电池中锂多硫化物与锂金属阳极反应之谜！

引用

网易

1.

https://m.163.com/dy/article/JB5AFU9905118KMO.html

锂硫（Li-S）电池因其高能量密度而被视为下一代储能设备的有力竞争者。然而，锂多硫化物（LiPSs）与锂金属阳极之间的反应问题一直制约着其性能。近日，北京理工大学研究团队在这一领域取得重要突破，揭示了LiPSs与锂金属阳极反应的关键机制，并提出了一种有效的解决方案。

近日，北京理工大学的李博权和黄佳琦团队系统地揭示了LiPSs与锂金属阳极的反应速率和产物，生成的固态电解质界面（SEI）的组成和结构，以及硝酸锂（LiNO3）添加剂抑制腐蚀反应的机制。具体来说，LiPSs与锂金属阳极的反应速率比锂盐快，并且生成了富含Li2S的SEI。富含Li2S的SEI与LiPSs高度反应，这加剧了锂枝晶的形成和活性锂的持续腐蚀。LiNO3主要通过调节LiPSs的溶剂化结构，本质上降低了LiPSs的反应性，而不是传统理解的LiNO3参与SEI的形成。这项工作揭示了LiPSs与锂金属阳极之间的反应机制，并激发了合理调节LiPSs的溶剂化结构以稳定Li-S电池中的锂金属阳极的灵感。

这项研究成果发表在《Advanced Materials》期刊上，第一作者是北京理工大学材料科学与工程学院的毕晨曦。

关键发现

研究团队通过系统研究，获得了以下重要结论：

1. 反应速率与产物分析：LiPSs与锂金属阳极的反应比Li盐更快，生成富含Li2S的SEI。这种富含Li2S的SEI对LiPSs具有很高的反应活性，导致大量锂枝晶的形成和活性锂的持续腐蚀。

2. SEI的组成与结构：LiPSs和LiTFSI分别通过与锂金属的反应在固态电解质界面（SEI）中产生低价和高价硫成分。LiPSs表现出比LiTFSI更高的反应活性，因此LiPSs与锂金属之间的反应主导了产物的形成，产生了富含Li2S的SEI。

3. LiNO3的作用机制：与传统理解不同，LiNO3的添加并没有改变SEI中的硫成分，也没有在很大程度上参与SEI的形成。LiNO3主要通过调节LiPSs的溶剂化结构来降低其固有的反应性，而不是通过剧烈改变SEI。

研究意义与展望

这项研究不仅揭示了LiPSs与锂金属阳极之间反应的关键机制，还为开发更稳定的锂硫电池提供了新的思路。未来，可以考虑引入能够参与LiPSs溶剂化结构并降低LiPSs反应性的添加剂，例如具有路易斯碱性位点的添加剂，以更好地抑制腐蚀反应或提高保护耐久性。

这项研究为锂硫电池的商业化应用提供了重要的理论支持和技术指导，有望推动下一代高能量密度储能设备的发展。