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北大&以色列巴伊蘭大學(xué)Joule：鋰硫電池的電解液設(shè)計(jì)

鋰硫（Li-S）電池有望為下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)提供高能量密度，但仍存在許多挑戰(zhàn)。Li-S電池遵循轉(zhuǎn)化化學(xué)，這與插層式鋰離子電池有根本的不同。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)電解液的化學(xué)性質(zhì)及其穩(wěn)定硫還原形成的多硫化物L(fēng)i₂S_x物種的能力對(duì)能量密度和循環(huán)性能有著至關(guān)重要的影響。

北京大學(xué)龐全全、以色列巴伊蘭大學(xué)Doron Aurbach等人綜述了電解液的化學(xué)性質(zhì)并分析了其中的多硫化物溶劑化行為。

圖1 Li-S電解液的關(guān)鍵作用

討論了溶劑化的影響因素，包括溶劑、鹽、濃度以及與多硫化物的相互作用。介紹了三種基本類型的電解質(zhì)溶液：中等（常規(guī)）、少量和高度溶劑化，并對(duì)溶液化學(xué)、多硫化物溶解度、硫反應(yīng)途徑、Li₂S沉積和溶液量進(jìn)行了多維分析。

從副反應(yīng)、表面保護(hù)膜的形成和枝晶鋰沉積等方面討論了這些溶液中鋰金屬負(fù)極的穩(wěn)定性。重點(diǎn)是降低電解液/硫比和延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命的選擇。根據(jù)多方面的要求，比較了三種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，對(duì)Li-S電池的未來(lái)發(fā)展提出了展望。

圖2 高鹽濃度電解液

圖3 高溶劑化電解液中的鋰不穩(wěn)定性

Electrolyte solutions design for lithium-sulfur batteries. Joule 2021. DOI: 10.1016/j.joule.2021.06.009

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