保护锂金属负极以实现长循环实用锂硫电池

在构建长循环实用的锂硫(Li-S)电池时，锂金属负极的保护是一个主要焦点。随着近年来电池性能的显着提高，工作锂硫电池中锂金属负极的保护受到了越来越多的关注。考虑到这一领域的重要性和巨大进步，需要及时回顾总结当前的认识。北京理工大学的Jia-QiHuang及其研究团队介绍了Li-S电池中锂金属负极保护的最新进展。

他们于1月10日在EnergyMaterialAdvances上发表了他们的工作。

“从锂硫电池中锂金属负极所面临的挑战来看，我们总体上提出了三种保护策略。”黄说。“第一个策略是引导均匀的锂电镀/剥离，第二个策略是降低阳极电解液中的多硫化物浓度，第三个策略是降低多硫化物与锂金属负极的反应活性。”

为了指导均匀的锂金属负极电镀/剥离，介绍了构建复合锂金属负极、引入稳健的人造固体电解质界面和引入电解质添加剂的三种策略。为了降低阳极电解液中的多硫化物浓度，引入了两种主要策略，即抑制多硫化锂从阴极电解液中扩散出来，以及降低多硫化锂在电解液中的溶解度。为了降低多硫化物与锂金属负极的反应活性，引入了两种策略，即通过锂基合金包裹多硫化锂并降低锂金属的自活性或构建屏蔽界面。

“以可充电电池为代表的储能技术被认为是基于可再生但间歇性能源的现代能源系统不可或缺的一部分，”研究作者、北京理工大学多学科科学研究所教授黄说。“具有高能量密度的先进电池系统对于填补未来应用的空白具有重要意义。”

Huang和他的研究团队专注于Li-S电池，该电池具有2600Whkg-1的高理论能量密度，被广泛认为是最有前途的下一代电池技术之一。

“Li-S电池采用元素硫作为阴极活性材料，锂金属作为阳极，醚基电解质用于离子传输和硫物种的转化，”Huang说。“如今，硫正极的电化学性能得到了很大提升，在高负载条件下，硫正极可以实现高放电比容量和稳定循环。”

然而，锂硫电池的循环稳定性差，阻碍了其实际应用。据黄介绍，锂金属是限制实用锂硫电池循环寿命的瓶颈。在实际工作条件下，高面积容量的硫正极和有限的负极过剩加剧了不均匀的锂剥离和沉积，产生大量的锂枝晶和惰性锂，导致金属锂负极快速失效。此外，正极侧生成的可溶性高阶多硫化锂扩散到锂负极侧，与锂金属发生化学反应，导致库仑效率降低，锂金属腐蚀严重，活性锂耗尽，加剧锂负极的不均匀性。

“虽然锂硫电池中锂金属负极的稳定性有了显着提高，但距离实际电池应用还有很长的路要走，”黄说。“着眼于主要挑战和当前的保护策略，相信在不久的将来，该研究前沿将取得实质性进展，并实现先进锂硫电池的实际应用。”

为了启发未来构建用于锂硫电池的先进锂金属负极的研究和开发，黄和他的团队还指出，目前提出的保护策略应在实际工作条件下的锂硫电池中进行测试，即锂金属负极/必须进一步了解电解质界面行为，并且必须考虑硫正极和锂金属负极性能的平衡。

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