锂硫电池领域取得新进展

图 (a) 坚固的双相表面层构造过程的示意图；(b) 锂硫电池中多硫化物穿梭引起的锂金属腐蚀的机理；(c) 坚固的双相表面层抑制多硫化物穿梭的机制。

近期，河南大学特种功能材料教育部重点实验室、材料学院赵勇课题组在锂硫电池领域取得新进展，相关成果以“In situ Construction of Robust Biphasic Surface Layers on Li Metal for Li-S Batteries with Long Cycle Life”为题，在国际化学顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表。

锂硫电池因其高的理论能量密度（2600 Wh kg-1）、正极活性物质硫低廉的价格等优点，受到了人们的广泛关注，是一种极具发展潜力的能源存储转换设备。在电池循环过程中，由于锂金属负极的枝晶生长、以及其与电解液组分（包括溶解的多硫化物）发生副反应等问题，造成电池低的库伦效率和循环稳定性。因此，如何有效地抑制锂负极的枝晶生长以及其与电解液组分的副反应，是包括锂硫电池在内的锂金属电池领域面临的一项重要挑战。

在该研究工作中，赵勇课题组借助“相似相溶原理”，解决了多价金属氟化物在有机溶剂中的溶解问题。在此基础上，将金属氟化物溶解在高极性溶剂二甲亚砜中，从而发展了“原位构建坚固的双相表面层抑制锂枝晶生长和多硫化物穿梭”新策略。系统研究证明了双相表面层能够显著提升电池循环过程中锂金属负极/电解质界面的离子传输速率和机械稳定性，并抑制电解质中多硫化物的穿梭效应，从而提升锂硫电池的库伦效率和循环稳定性。该研究工作不仅为解决锂金属负极的腐蚀和枝晶生长问题提供了新的技术手段，而且能够为其它碱金属负极的稳定循环提供新的思路（Angewandte Chemie International Edition 2021, DOI: 10.1002/anie.202015049）。实验室硕士生郭威和博士研究生韩庆为论文第一作者，赵勇教授和陈中辉博士为论文通讯作者。

本工作得到了中组部、国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的大力支持。Angewandte Chemie International Edition是化学领域的顶级期刊，最新影响因子为12.959。（文/河南大学）