EnSM:锂硫电池的革命-采用碳酸酯基电解液

EnSM:锂硫电池的革命-采用碳酸酯基电解液
Li-S电池由于具有超高的理论容量和能量密度,引起了学术界和工业界的极大关注。尽管在提高这些电池的容量和循环寿命方面取得了重大进展,但一个重大挑战却被忽视了。Li-S电池中常用的醚基电解液具有高挥发性,在许多应用中不切实际。另一方面,碳酸酯基电解液已在商用锂离子电池中使用了30年,是替代Li-S电池中醚基电解液自然而实用的选择。然而,目前对在Li-S电池中使用碳酸酯基电解液的关注较少,部分原因是当采用传统材料设计和策略时,碳酸酯溶剂和多硫化物阴离子之间的不可逆反应会导致电池失效。
美国德雷塞尔大学Vibha Kalra等对在Li-S电池中采用碳酸酯基电解液的最新进展进行了全面而批判性的回顾。
EnSM:锂硫电池的革命-采用碳酸酯基电解液
图1 TOC
首先,作者讨论了碳酸酯电解液用于Li-S电池的优缺点,然后,详细比较了醚基和碳酸酯基电解液,并讨论了亲核多硫化物和亲电碳酸酯溶剂之间的不可逆反应机制。接着,通过定义硫的“固-固直接转化反应”(SSDC),将讨论单一平台电位分布、固体到固体的反应途径,并详细讨论了在Li-S电池中采用碳酸酯基电解液的挑战。然后,在第3节中对正极改性方法进行了全面回顾,以使SSDC反应成为可能。
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图2 采用醚基/碳酸酯基电解液的Li-S电池的CV和充放电曲线
在第4节中,基于文献,作者通过电解液改性为碳酸酯电解液基Li-S电池的反应性挑战提供可能的解决方案。在第5节中,进一步介绍了在碳酸酯电解液中使用锂金属负极的挑战,并将详细讨论了这些挑战的可能解决方案。最后,根据目前在制备实用Li-S电池方面取得的进展,展望了Li-S电池的未来,并对正极、负极和电解液的进一步发展提出了建议
总之,碳酸酯基电解液在Li-S电池中的使用可以被认为是Li-S电池的一场革命,因为它们具有实用性和长期循环性,尽管仍有一些挑战有待解决,但作者希望这篇综述文章能引起科学家的注意,通过精细的电池实验、原位光谱和微观研究以及理论模拟和建模,从根本上研究电极结构和电解液改性的优化。
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图3 各种改性方法的概要

A review on the use of carbonate-based electrolytes in Li-S batteries: A comprehensive approach enabling solid-solid direct conversion reaction. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.03.015

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