Small Methods：新型電解液添加劑助力提升鋰硫電池性能

鋰硫電池作為一種新型高能量密度（理論比能量高達2600 Wh kg-1）儲能器件具有廣泛的應用前景，近年來倍受人們的關注。但是，由於電化學過程中反應中間產物多硫化物的溶解、「飛梭」效應、金屬鋰枝晶生長等問題，鋰硫電池的循環壽命、實際能量密度等性能都沒有達到預期。為了解決這些問題，提升鋰硫電池的性能，研發新型電解液是很重要的手段之一。電解液作為電池中最重要的組成部分之一，對正極電化學反應動力學和負極鋰金屬沉積形貌及效率都有著至關重要的影響。

近日，美國賓州州立大學（The Pennsylvania State University）的王東海教授課題組在其開發的二甲基二硫（DMDS）鋰硫電池電解液的基礎上，研發出了一種添加二甲基三硫（DMTS）的新型電解液。一方面，DMTS如DMDS一般可以和硫反應形成二甲基多硫化物（DMPS）改變正極電化學反應路徑，改善反應動力學，增加電池循環穩定性。另一方面，DMTS（理論容量851 mAh g-1）作為一種電化學活性物質通過斷開-SSS-鍵可以提供比DMDS（理論容量570 mAh g-1）更多的的容量，進一步提升鋰硫電池能量密度。此外，該組研究人員還發現，DMTS還可以與反應終產物硫化鋰反應形成多硫化物。硫化鋰的不可逆沉積被認為是鋰硫電池容量衰減的重要原因之一。DMTS與硫化鋰反應，形成可以溶解於電極液當中的多硫化物，可以減少鋰硫電池的不可逆容量損失，提升電池的循環穩定性。而根據以往研究表明，形成的多硫化物還可與電解液中的硝酸鋰添加劑協同作用起到提升金屬鋰負極性能的作用。經過測試表明，在使用DMTS電解液後，鋰硫電池的容量和循環性能都得到了極大的提升。經過288周的循環後，以含硫量70 wt%的碳硫複合物製備的正極，每圈容量衰減僅為0.11%，放電容量仍維持在600 mAh g-1composite（基於碳硫複合物質量計算）以上。兼具DMDS電解液和多硫化物電解液的優勢，大大提升鋰硫電池的容量，循環壽命和穩定性，這些優勢都促使DMTS新型電解液成為下一代鋰硫電池電解液的選擇。

相關文章在線發表在Small Methods（DOI: 10.1002/smtd.201800038）上。

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