高比能锂硫电池研究取得新进展

随着人们对日用电子消费产品以及电动车要求不断提升，急切要发展更高能量密度的电池体系。室温可充放锂-硫二次电池(Li-Sbatteries)的理论能量密度为2654Wh/kg,是锂电池(LiCoO2/C,脱锂0.5，理论能量密度360Wh/kg)理论能量密度的7倍。可充放锂硫电池预计能量密度可以达到350-400Wh/kg,有望显著提高电动车的续航里程。制约可充放锂硫电池使用的两个核心技术难题为：在充放电过程中要怎么样抑制中间产物多硫离子的溶解和要怎么样稳定金属锂负极戒备出现锂枝晶。

最近，我国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家试验室(筹)的清洁能源试验室E01组胡勇胜研究员和博士生索鎏敏等提出了一类新型双功能电解液体系Solvent-in-Salt(SIS)，并将其使用于锂硫电池中，同时处理了多硫离子溶解和稳定金属锂负极两项关键技术难题。通过大幅提高锂盐浓度，将大量自由溶剂分子与锂盐络合，有效抑制了多硫离子在电解液中的溶解，有效戒备了充电过程中溶解于电解液的多硫离子形成的多硫离子穿梭效应，戒备了电池的严重过充现象，循环库仑效率接近100%，循环稳定性分明提高。与此同时，较常规低盐浓度电解液体系而言，由于高盐浓度电解液体系具有高的阴阳离子浓度(7molLiTFSI/1LDOL-DME)，高的锂离子迁移数(0.73)以及较高的粘度(72cp)，有效戒备了由于金属锂沉积不平均所带来的金属锂枝晶生长(高锂离子浓度有利于金属锂负极的平均物质交换;高的阴离子浓度和粘度，有助于降低金属锂负极表面由于阴离子耗尽所出现的空间电荷层，从而降低了金属锂非平均沉积的电场驱动力;高粘度体系在一定程度上新增了锂枝晶生长的阻力。)，使得金属锂负极在循环过程中的稳定性大大提高。

相关研究结果发表在近期的《自然通讯》(NatureCommunications)上。

上述工作得到了科技部储能材料研究创新团队、科学院知识创新工程能源项目群方向性项目、科学院百人计划、基金委的大力支持。

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