鋰-硫電池中的固態(tài)電解質(zhì)層演化分析

鋰-硫電池是非常有發(fā)展?jié)摿Φ囊活愲姵?，理論比容量達(dá)1675mAh/g，然而商業(yè)化鋰-硫電池將面臨很多挑戰(zhàn)，其中之一就是需要保護(hù)好鋰金屬電極。鋰-硫電池中電解質(zhì)的衍生反應(yīng)、多硫化合物與鋰電極的反應(yīng)會(huì)形成固態(tài)電解質(zhì)層，形成的電解質(zhì)層是電池容量衰退的主要原因，盡管已有很多相關(guān)研究，但是電解質(zhì)層的演化機(jī)理、多硫化合物的作用及相關(guān)電解質(zhì)部件的作用仍然不夠明確。

使用X射線光電子能譜法和化學(xué)成像分析法，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，得到鋰-硫電池中鋰電極固態(tài)電解質(zhì)層演化的基本過程；使用分子動(dòng)力學(xué)和X射線光電子能譜法，能揭示衍生反應(yīng)物的化學(xué)特性和電解質(zhì)層演化機(jī)理。

利用X射線光電子能譜法進(jìn)行觀察可以看出，在放電階段S2-逐漸增加，說明多硫化合物的還原過程形成了不溶性和電子絕緣的Li2S。同時(shí)光譜也顯示，隨著CF3的減少，LiF和CF都顯著增加，說明鋰電極附近發(fā)生了分解反應(yīng)，Li2S和LiF的演化導(dǎo)致主要電解質(zhì)層上無機(jī)多相物沉積，在充電和放電階段多硫化合物呈指數(shù)增加，加快了鋰電極的污染過程。

電解質(zhì)層的演化包括3個(gè)主要階段：①?gòu)?fù)合混合階段，涉及穩(wěn)定鋰化合物（Li2S、LiF、Li2O等）；②反應(yīng)生成物和電解質(zhì)組分的相互作用會(huì)形成二次混合；③造成高度活躍硫化物（如LiS5）的污染。

圖1 固態(tài)電解質(zhì)層形成過程

刊名：Chemistry of Materials（英）刊期：2017年第29期

作者：Manjula I.Nandasiri編譯：賈春輝