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双功能配位作用实现多硫化物快速转化和稳健界面的高负载锂硫电池

能源学人  · 公众号  ·  · 2025-01-06 11:54
    

主要观点总结

本文研究了锂硫电池中阴极穿梭效应和阳极不稳定性的难题,通过引入双功能添加剂DTD,通过配位相互作用加速多硫化物的转化动力学,并调节Li+的溶解结构。DTD的引入同时解决了阴极和阳极的问题,提高了锂硫电池的电化学性能。通过一系列实验和理论计算,验证了DTD对多硫化物转化和SEI界面调制的双重作用。最终,含有DTD的锂硫电池实现了优异的长循环寿命、倍率性能和高容量保持率。

关键观点总结

关键观点1: 引入双功能添加剂DTD,解决了锂硫电池中的穿梭效应和阳极界面问题。

DTD通过配位相互作用加速多硫化物的转化动力学,并调节Li+的溶解结构,从而提高电池性能。

关键观点2: DTD如何与多硫化物进行配位相互作用。

DTD中的N-活性位点与LiPSs和锂盐结合,驱动多硫化物的转化,并调节Li+的溶剂化结构。这种配位相互作用加速了多硫化物和Li2S的转化反应动力学。

关键观点3: DTD对SEI层的影响。

DTD改变了Li+的溶剂化结构,并促进了阳极上富含LiF、Li3N以及有机碳酸盐的无机-有机多组分协同增强固体电解质界面(SEI)的形成。SEI层可确保均匀的阳极界面,抑制枝晶的生长,并保护锂阳极免受LiPSs的有害副反应。

关键观点4: DTD在锂硫电池中的实际效果。

含有DTD的锂硫电池在1 C下循环600次后,每次循环的容量衰减率仅为0.066%。即使在硫含量高且电解质硫含量低的情况下,锂硫电池的循环寿命也延长了66%。


文章预览

【研究背景】 能源需求的快速增长推动了新储能技术的发展,以补充或取代锂离子电池。然而,锂硫电池(LSBs)因硫与锂之间的多电子反应而备受关注,其理论容量为 1672 mAh g -1 ,超高理论能量密度为 2600 Wh kg -1 。 然而,固态硫在电解液中过度转化为可溶性长链多硫化锂(LiPSs)会产生穿梭效应,导致电池动态性能下降和容量快速衰减。同时,由于多硫化物高反应性,它还会与阳极发生许多寄生反应,导致阳极腐蚀甚至失效。这些现象在恶劣条件下(如低 E/S 比、高倍率)会愈发严重。因此,有针对性地加速多硫化物的转化动力学和设计稳定的阳极界面对于开发高性能锂硫电池至关重要。 【工作介绍】 近日,昆明理工大学张义永课题组等人首次引入6-(二丁氨基)-1,3,5-三嗪-2,4-硫醇(DTD)作为双功能添加剂。同时,创造性地提出了一种配位作用 ………………………………

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