彭栋梁/谢清水Adv. Sci.: 抑制高性能锂硫电池多硫化物穿梭的进展和策略

锂硫（Li-S）电池因其高能量密度和成本效益而被认为是最有前途的下一代储能系统。然而，其实际应用受到一些不可避免的缺点的严重阻碍，尤其是可溶性多硫化锂（LiPS）的穿梭效应导致容量快速衰减和循环寿命下降。

在此，厦门大学彭栋梁教授、谢清水副教授等人重点研究了LiPSs在Li-S电池中的穿梭路径及其对相应组成的影响，回顾了硫主体、电解液、隔膜和负极保护抑制穿梭效应的最新进展和策略。作者首先介绍了锂硫电池的基本概念和机制，以深入了解锂硫电池中LiPSs的产生和穿梭效应。然后，逐步讨论了沿扩散路径的LiPSs穿梭抑制策略，包括：

1）通过改性硫主体固定/电催化LiPSs的转化。

2）通过定制的电解液系统降低溶解度或消除LiPSs的形成。

3）通过改性层阻止LiPSs渗透隔膜，隔膜上的改性层可以作为物理屏障有效捕获到达隔膜表面的LiPSs并将其限制在正极侧。

4）通过负极界面工程防止LiPSs和锂负极之间的表面化学反应。

图1. Li-S电池的示意图和工作原理

最后，作者对Li-S电池转化问题和实际应用的未来研究提出了一般性结论和展望：

（1）催化机理的深入探索。开发和优化XAS、IR、XPS和STEM等原位表征技术，实时监测电池在运行过程中内部的瞬时变化和演化过程；

（2）开发不含多硫化物的固态电解质。从本质上讲，用全固态电解质代替液体电解质是克服多硫化物穿梭问题的最有效策略；

（3）全电池和实用软包电池的探索。实现Li-S电池的实际应用不仅需要关注材料研究，还需要关注电极结构和电池工程；

（4）匹配大规模实际应用。高硫含量、高面积质量负载及低电解液/硫（E/S）比对锂硫电池的能量密度有深远的影响，此外Li-S电池的热稳定性和锂金属的回收也需深入研究。

图2. 改性锂金属的制备及其在锂硫电池中的应用示意图

Recent Advances and Strategies toward Polysulfides ShuttleInhibition for High-Performance Li-S Batteries, Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202106004

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彭栋梁/谢清水Adv. Sci.: 抑制高性能锂硫电池多硫化物穿梭的进展和策略

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