季恒星/金松/彭章泉，最新AFM！

第一作者：Wei Zhang

通讯作者：季恒星，金松，彭章泉

通讯单位：中国科学技术大学，中国科学院大连化学物理研究所

论文速览

醚基电解液中的阳离子多硫化物（LiPSs）是引发穿梭效应的关键中间体。抑制阳离子LiPSs的生成对于提高高能量密度Li-S电池在实际应用中的性能至关重要。

本研究首次展示了钴酞菁（CoPc）能够显著增强锂多硫化物（LiPSs）的解离，减少电解液中的阳离子LiPSs种类。

通过核磁共振（NMR）和原位拉曼光谱观察到CoPc与LiPSs中的硫阴离子发生作用，改变了LiPSs在1,2-二甲氧基乙烷（DME）/1,3-二氧戊环（DOL）电解液中的解离平衡。CoPc介导的解离平衡转变减少了阳离子LiPSs的浓度，有效抑制了锂硫电池充电过程中LiPSs中间体向锂阳极的电迁移。

因此，锂硫电池实现了在高硫负载5.0 mg cm⁻²和低电解液/硫（E/S）比3 μL mgs⁻¹条件下的高可逆面积容量4.2 mAh cm⁻²。

图文导读

图1：在有无CoPc的情况下，Li₂S₆在DOL/DME电解液中的摩尔电导率，以及⁷Li核磁共振（NMR）化学位移分析，总结了不同浓度下Li₂S₆的⁷Li NMR数据，并提出了⁷Li NMR发现与Li₂S₆的溶剂化状态之间的相关性。

图2：有无CoPc的原位电化学拉曼光谱，以及S₃^•−在不同电位下的归一化峰强度，以及硫还原反应（SRR）的线性扫描伏安曲线（LSV）和对应的电子转移数（n）。

图3：CoPc添加到只含有Li₂S₆或LiTFSI的DOL/DME溶液中的光学图像，以及通过电感耦合等离子体质谱（ICP）分析评估CoPc在DOL/DME中的溶解情况。

图4：有无CoPc的锂硫电池的穿梭电流图，以及在有无CoPc的电解液中循环的锂对称电池的电压曲线，以及循环后的锂金属箔的扫描电子显微镜（SEM）图像和X射线光电子能谱（XPS）光谱。

图5：有无CoPc的锂硫电池在不同电流密度下的恒流充放电曲线，以及CoPc电池的长期循环性能，以及CoPc电池在高面负载硫和低E/S比条件下的循环性能。

总结展望

本研究通过CoPc与LiPSs阴离子的相互作用，成功地调整了解离平衡，减少了电解液中阳离子LiPSs的浓度，从而有效抑制了穿梭效应，提高了锂硫电池的性能。

实验结果表明，CoPc的加入显著提高了电池的可逆面积容量、循环稳定性和库仑效率。这项工作为解决锂硫电池中的基本挑战提供了一种有前景的策略，并证明了CoPc作为电解液添加剂在提高锂硫电池性能方面的潜力。

文献信息

标题：Suppressing Shuttle Effect via Cobalt Phthalocyanine Mediated Dissociation of Lithium Polysulfides for Enhanced Li-S Battery Performance

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202403888