锂-硫电池中的固态电解质层演化分析

锂-硫电池中的固态电解质层演化分析

锂-硫电池是非常有发展潜力的一类电池，理论比容量达1675mAh/g，然而商业化锂-硫电池将面临很多挑战，其中之一就是需要保护好锂金属电极。锂-硫电池中电解质的衍生反应、多硫化合物与锂电极的反应会形成固态电解质层，形成的电解质层是电池容量衰退的主要原因，尽管已有很多相关研究，但是电解质层的演化机理、多硫化合物的作用及相关电解质部件的作用仍然不够明确。

使用X射线光电子能谱法和化学成像分析法，结合分子动力学计算模型，得到锂-硫电池中锂电极固态电解质层演化的基本过程；使用分子动力学和X射线光电子能谱法，能揭示衍生反应物的化学特性和电解质层演化机理。

利用X射线光电子能谱法进行观察可以看出，在放电阶段S2-逐渐增加，说明多硫化合物的还原过程形成了不溶性和电子绝缘的Li2S。同时光谱也显示，随着CF3的减少，LiF和CF都显著增加，说明锂电极附近发生了分解反应，Li2S和LiF的演化导致主要电解质层上无机多相物沉积，在充电和放电阶段多硫化合物呈指数增加，加快了锂电极的污染过程。

电解质层的演化包括3个主要阶段：①复合混合阶段，涉及稳定锂化合物（Li2S、LiF、Li2O等）；②反应生成物和电解质组分的相互作用会形成二次混合；③造成高度活跃硫化物（如LiS5）的污染。

图1 固态电解质层形成过程

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

作者：Manjula I.Nandasiri编译：贾春辉