Li金属负极具有高达3860 mA h g−1的比容量,低至-3.040 V(vs 标准氢电极)的电势以及低至0.59 g cm-3的密度,被认为是最具应用前景的电池负极材料。
问题在于: 1)高活性的Li金属容易和电解质反应生成SEI膜,SEI膜力学性能差,不适应体积膨胀,并导致Li金属和电解质流失,最终导致库伦效率低,电池性能衰退等系列问题。 2)而刺破SEI膜的Li金属上又很容易沉积更多的Li,生成锂枝晶,引发短路等一系列安全问题。 这两个问题极大地阻碍了Li-S电池的实用性和商业化发展。
有鉴于此,美国滨州大学Donghai Wang等人报道了一种通过有机硫塑化的有机无机复合SEI稳定Li金属负极的策略,实现了Li-S电池长期循环稳定性。
图1. 作用机理示意图
研究人员将有机硫化物/有机聚硫化物和无机锂盐共沉积,并利用含硫的聚合物作为添加剂,得到了一种柔性的复合SEI膜。有机硫化物/有机聚硫化物作为塑化剂,增强了SEI膜整体的力学柔韧性和机械强度。
图2. 不同电解质中锂金属沉积形貌对比
这种SEI膜可以避免枝晶的形成,并极大地提高库伦效率,在2 mA cm-2的电流条件下循环400圈,库伦效率仍可达到99%。基于此构建的Li-S全电池,也具有良好的长期循环稳定性。
总之,这项研究为Li金属负极的枝晶问题提供了新的解决方案。
图3. 电化学性能
Guoxing Li, Yue Gao, Donghai Wang etal. Organosulfide-plasticized solid-electrolyte interphase layer enables stablelithium metal anodes for long-cycle lithium-sulfur batteries. NatureCommunications 2017. |
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