吴飞翔/柳斌AFM：0.1 m低浓度电解液，助力-20°C低温锂硫电池！

2023年10月8日上午9:26 • 顶刊解读 • 阅读 46

锂硫电池的转化反应动力学较差，这导致硫正极的容量利用率低，尤其是在低温下。

中南大学吴飞翔、湖南大学柳斌等直接基于低成本和丰富的商业硫颗粒，采用低浓度电解液（LCE，0.1 m LiTFSI-DOL/DME+0.2 m LiNO₃）在低温下加速锂硫转化反应，并证明了该方法的广泛适用性。

吴飞翔/柳斌AFM：0.1 m低浓度电解液，助力-20°C低温锂硫电池！

图1. 0 °C时不同倍率下的电化学循环性能

研究显示，与传统浓度（1.0 m）电解液相比，所提出的LCE可以实现快速动力学，特别是对于简单的碳基硫正极中具有挑战性的固-固反应过程。结果，采用0.1 m电解液的电池可以实现900(0.1C)、750(0.2C)和600(0.5C) mAh g^-1的容量，并显示出更小的电压滞后和更长的第二次放电平台。对界面化学的进一步分析证明，通过自构建的低浓度效应，在负极和正极上都形成了由有机物质和一些有利的无机物主导的混合表面层。Li-S电池的原位EIS测量进一步证明，循环过程中0.1 m电解液中的SEI层电阻和电荷转移电阻较小，短链多硫化物（Li₂S₂）在0.1 m电解液中的溶解度较低，从而抑制了多硫化物的穿梭。

吴飞翔/柳斌AFM：0.1 m低浓度电解液，助力-20°C低温锂硫电池！

图2. 在不同质量负载和0 °C下的电化学性能

因此，尽管在低温环境中运行，Li-S电池仍显示出更长的循环耐久性和更好的可逆容量。即使在零下温度(-20°C)下，也能在0.2 C时实现600 mAh g^-1的高容量，并具有稳定的容量保持率。考虑到这些积极效果和利用低浓度电解液降低的成本，这项工作有助于实现在低温条件下具有优异性能的更实用的Li-S电池。

此外，低浓度电解液可以同时实现高硫质量负载正极和低电解液用量。这些发现阐明了LCE在实现低温Li-S电池更快动力学方面的作用，并为在极端条件下实现高性能Li-S电池提供了一种简单、低成本且广泛适用的途径。

吴飞翔/柳斌AFM：0.1 m低浓度电解液，助力-20°C低温锂硫电池！

图3. -20℃下的性能

Low Concentration Electrolyte Enabling Cryogenic Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202205393

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