鋰（Li）負(fù)極面臨的復(fù)雜問題阻礙了準(zhǔn)固態(tài)鋰硫（QSSLS）電池的實(shí)際應(yīng)用。然而，仍然模糊的界面過程和反應(yīng)機(jī)制對(duì)揭示其原因提出了挑戰(zhàn)。

中科院化學(xué)所文銳等通過多尺度和多光譜分析原位研究了凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)基QSSLS電池中鋰負(fù)極的形態(tài)演變和動(dòng)態(tài)過程。

圖1. 原位AFM監(jiān)測(cè)具有原始GPE的QSSLS電池中鋰負(fù)極表面的演變

研究顯示，絕緣性Li₂S₂/Li₂S的積累和鋰枝晶的滲透共同惡化了鋰負(fù)極/GPE界面。在添加LiNO₃的GPE 中，在開路電位(OCP)下，鋰金屬首先與LiNO₃反應(yīng)形成主要由LiNO₂組成的松散納米顆粒(NPs)。當(dāng)多硫化物(LiPSs)在放電時(shí)擴(kuò)散到鋰負(fù)極時(shí)，LiNO₃和LiPSs的協(xié)同作用會(huì)產(chǎn)生一層由LiNO₂和Li₂SO₄構(gòu)成的致密NPs。充電時(shí)均勻沉積的鋰球進(jìn)一步顯示出在隨后的放電過程中良好的溶解性。

圖2. 鋰負(fù)極/電解質(zhì)界面處鋰沉積形態(tài)的原位OM成像

此外，原位拉曼光譜(RS)揭示了LiPSs穿梭在添加LiNO₃的GPE中的相當(dāng)大的可逆性。結(jié)果顯示，添加LiNO₃可以利用可溶性LiPSs沉淀致密的SEI膜來保護(hù)鋰負(fù)極，這有助于改善界面離子轉(zhuǎn)移和提高容量性能。總之，了解鋰負(fù)極的失效原理和添加劑的調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)于指導(dǎo)實(shí)用QSSLS電池中的鋰負(fù)極保護(hù)和性能提升至關(guān)重要。

圖3. QSSLS電池中鋰負(fù)極表面產(chǎn)物的表征

Direct Tracking of Additive-Regulated Evolution on the Lithium Anode in Quasi-Solid-State Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201411