顆粒在線訊：鋰硫電池被認(rèn)為是高能量密度電池技術(shù)中最具潛力的體系之一，其研究和發(fā)展一直備受關(guān)注。目前，由于鋰硫電池中電解液用量過大，其實(shí)際能量密度遠(yuǎn)低于預(yù)期。

　　近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心懷柔研究部、清潔能源實(shí)驗(yàn)室博士劉濤在特聘研究員索鎏敏指導(dǎo)下，從超輕電解液、鋰友好型低密度電解液等方面入手展開系列研究，提出在固定電解液體積用量條件下，降低電解液密度解決鋰硫電池中非活性電解液質(zhì)量占比過高的問題。

　　該研究從電解液密度入手，以“變質(zhì)不變量”的方法，通過有效調(diào)控電解液中鹽的種類、濃度，引入鋰友好型、低密度單醚溶劑，獲得密度僅為0.83g/mL的超低密度鋰硫電池電解液。該電解液的密度僅為傳統(tǒng)鋰硫電池電解液密度的70%左右，即在相同E/S比下使用該超輕電解液可實(shí)現(xiàn)30%左右的電解液質(zhì)量的降低。超輕電解液雖然屬于低濃度電解液，但依然保持著較好的金屬鋰穩(wěn)定性，這主要是由LiNO3與LiTFSI協(xié)同保護(hù)金屬鋰以及單醚較強(qiáng)的抗還原能力所致。相比于傳統(tǒng)鋰硫電池電解液，在使用超輕電解液的Li-Cu電池中金屬鋰沉積的更加致密且均勻，從而進(jìn)一步降低了電解液與金屬鋰的持續(xù)消耗。

　　該研究發(fā)現(xiàn)，在E/S=3.0μL/mg條件下，采用超輕電解液的軟包電池中電解液重量占比由傳統(tǒng)電解液的49.6%降低至41.1%。得益于超輕電解液對電解液重量比例的降低，在單層軟包下，鋰硫電池能量密度由傳統(tǒng)的329.9Wh/kg提高到393.4Wh/kg。如果組裝為多層軟包電池，采用超輕電解液的鋰硫電池預(yù)估能量密度可達(dá)425.2Wh/kg。

　　為進(jìn)一步降低鋰硫電池中金屬鋰損耗過大而導(dǎo)致的金屬鋰用量過高的問題，該研究提出采用一種全新的氟化硅烷結(jié)構(gòu)的溶劑。該氟化溶劑相比傳統(tǒng)氟化溶劑具有密度低的優(yōu)勢，并可在金屬鋰表面產(chǎn)生大量的LiF、LixSi復(fù)合物質(zhì)保護(hù)金屬鋰。無論是低載量還是高載量下，采用低密度氟化溶劑的電解液循環(huán)穩(wěn)定性都遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)電解液。

　　該研究為鋰硫電池能量密度提升及其電解液優(yōu)化提供了新思路。相關(guān)成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》《先進(jìn)材料》上。研究得到懷柔清潔能源材料測試診斷與研發(fā)平臺的支持。