北京理工大学材料学院陈人杰教授

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北理工AFM综述：高性能锂硫电池功能电解质的发展与挑战

由于高能量密度、低成本和环保等优点，锂硫（Li–S）电池成为下一代电池最重要的候选之一。然而，普通液态电解质固有的多硫化物穿梭现象引起的问题（例如容量衰减、循环寿命差等）阻碍了Li–S电池在各种场合的应用。用于Li–S电池的功能性电解质的开发有望缓解这些问题。过去几年间大量工作致力于研究功能性电解液，期望获得高离子导率、低粘度、良好的化学和电化学稳定性、非易燃性和低成本的应用于高性能Li–S体系的电解质。

近期，北京理工大学陈人杰教授在Advanced Functional Materials期刊上发表题为“Development and Challenges of Functional Electrolytes for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries”的综述论文。该工作总结了目前Li–S电池电解液的主要工作，包括液态、固态和混合电解质体系。通过利用不同的功能溶剂、锂盐和添加剂可以减轻多硫化物穿梭带来的问题。优化后的固态电解质可以增强离子电导率并降低界面电阻。由两种或多种电解质组成的混合电解质具有更多潜在的优点。另外基于对高性能Li–S电池的要求，该工作展望了功能性电解质的挑战和可能的发展趋势。

该综述讨论了包括液态、固态和混合电解质的Li–S体系中电解质的最新进展。并且总结了不同电解质体系各自的作用、优缺点以及改进的方向，为开发高性能Li–S电池提供了理论指导。

在过去几年中，液体电解质溶剂的研究主要集中在醚类电解质上，溶剂化氧原子和醚基溶剂的链强度都会影响多硫化物的溶解度。此外，多种醚类溶剂的混合使用在Li–S电池中变现出协同作用。高浓度的锂盐可以抑制多硫化物的穿梭，但是由于电解质的粘度增加，锂离子的传输受阻。另外，在电解质中加入少量添加剂被认为是一种有效且经济的方法。

由于Li–S电池的多硫化物溶解反应机理，醚类电解质的添加量往往太大。为了开发高能量密度的Li–S电池，碳酸酯类、砜和离子液体作为液态电解质的新体系被大量研究。碳酸酯溶剂有助于在负极侧形成稳定的SEI，避免副反应和电解质的进一步耗尽，然而碳酸酯类溶剂与多硫化物之间的反应限制了其应用。此外，具有较高多硫化物溶解度的砜溶剂也可用于Li–S电池，对于这种溶剂，多硫化物溶解度和溶剂粘度之间的平衡点是是实现高容量和倍率性能所必须考虑的。由于对多硫化物较低的溶解度，基于离子液体的电解质也收到极大关注。

Development and Challenges of Functional Electrolytes for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries. (Advanced Functional Materials, 2018, DOI: 10.1002/adfm.201800919)

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201800919