第一作者：Wei Zhang

通訊作者：季恒星，金松，彭章泉

通訊單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所

季恒星，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者?，F(xiàn)任中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碳中和研究院副院長，應(yīng)用化學(xué)系黨總支書記。

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醚基電解液中的陽離子多硫化物（LiPSs）是引發(fā)穿梭效應(yīng)的關(guān)鍵中間體。抑制陽離子LiPSs的生成對于提高高能量密度Li-S電池在實際應(yīng)用中的性能至關(guān)重要。

本研究首次展示了鈷酞菁（CoPc）能夠顯著增強鋰多硫化物（LiPSs）的解離，減少電解液中的陽離子LiPSs種類。

通過核磁共振（NMR）和原位拉曼光譜觀察到CoPc與LiPSs中的硫陰離子發(fā)生作用，改變了LiPSs在1,2-二甲氧基乙烷（DME）/1,3-二氧戊環(huán)（DOL）電解液中的解離平衡。CoPc介導(dǎo)的解離平衡轉(zhuǎn)變減少了陽離子LiPSs的濃度，有效抑制了鋰硫電池充電過程中LiPSs中間體向鋰陽極的電遷移。

因此，鋰硫電池實現(xiàn)了在高硫負載5.0 mg cm^?2和低電解液/硫（E/S）比3 μL mgs^?1條件下的高可逆面積容量4.2 mAh cm^?2。

圖文導(dǎo)讀

圖1：在有無CoPc的情況下，Li₂S₆在DOL/DME電解液中的摩爾電導(dǎo)率，以及⁷Li核磁共振（NMR）化學(xué)位移分析，總結(jié)了不同濃度下Li₂S₆的⁷Li NMR數(shù)據(jù)，并提出了⁷Li NMR發(fā)現(xiàn)與Li₂S₆的溶劑化狀態(tài)之間的相關(guān)性。

圖2：有無CoPc的原位電化學(xué)拉曼光譜，以及S₃^??在不同電位下的歸一化峰強度，以及硫還原反應(yīng)（SRR）的線性掃描伏安曲線（LSV）和對應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移數(shù)（n）。

圖3：CoPc添加到只含有Li₂S₆或LiTFSI的DOL/DME溶液中的光學(xué)圖像，以及通過電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP）分析評估CoPc在DOL/DME中的溶解情況。

圖4：有無CoPc的鋰硫電池的穿梭電流圖，以及在有無CoPc的電解液中循環(huán)的鋰對稱電池的電壓曲線，以及循環(huán)后的鋰金屬箔的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像和X射線光電子能譜（XPS）光譜。

圖5：有無CoPc的鋰硫電池在不同電流密度下的恒流充放電曲線，以及CoPc電池的長期循環(huán)性能，以及CoPc電池在高面負載硫和低E/S比條件下的循環(huán)性能。

總結(jié)展望

本研究通過CoPc與LiPSs陰離子的相互作用，成功地調(diào)整了解離平衡，減少了電解液中陽離子LiPSs的濃度，從而有效抑制了穿梭效應(yīng)，提高了鋰硫電池的性能。

實驗結(jié)果表明，CoPc的加入顯著提高了電池的可逆面積容量、循環(huán)穩(wěn)定性和庫侖效率。這項工作為解決鋰硫電池中的基本挑戰(zhàn)提供了一種有前景的策略，并證明了CoPc作為電解液添加劑在提高鋰硫電池性能方面的潛力。

文獻信息

標(biāo)題：Suppressing Shuttle E?ect via Cobalt Phthalocyanine Mediated Dissociation of Lithium Polysul?des for Enhanced Li-S Battery Performance

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202403888