柯福生/陈胜利团队在《先进能源材料》发表锂硫电池新进展

近日，《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）以研究性论文（Research Article）的形式，在线发表了化学与分子科学学院柯福生团队和陈胜利团队关于固相转化锂硫电池的研究结果，提出通过选择低给电子数（Donor Number，DN）的碳酸酯作为单一溶剂，利用其和多硫化锂以及锂盐的成膜反应，实现了对锂硫电池正极电解质界面组成和结构的精准调控及其倍率性能的突破性进展。

论文题目为《构筑硫正极电解液界面实现稳定高倍率的锂硫电池》（“Engineering Peculiar Cathode Electrolyte Interphase toward Sustainable and High-Rate Li–S Batteries”）。硕士研究生邱常鼎、博士研究生胡友诚和硕士研究生曹可威为论文的共同第一作者，柯福生副教授、陈胜利教授、顾栋教授和王芸晓博士为共同通讯作者。

开发高安全性和高能量密度的二次电池是电化学储能领域研究的重点课题。近些年来，柯福生团队致力于高比容量电化学储能体系的界面调控研究，发展了一系列电极/电解液界面的构筑方法和原位表征技术研究界面作用机理。


在本工作中，该团队通过具有低DN值的溶剂与锂盐和多硫化锂的相互作用，原位构筑了具有高稳定性、高离子导电率和自我修复功能的电极/电解液界面膜，阻止了后续多硫化锂的溶出，从根本上解决了锂硫电池中多硫化锂的穿梭问题。本工作基于单一溶剂的碳酸亚乙烯酯电解液体系，结合理论计算研究了成膜反应的机理、原位界面构筑的调控机制以及固相转化体系的失效分析，并以此为基础设计了高性能的固相转化锂硫电池。该固相转化硫正极在低N/P比、高硫载量、低温、机械破坏和高倍率等实际工况下表现出优异的性能。此研究充分说明，通过调控电解液和界面的组成和结构，可显著提升高比容量电极材料的电化学性能，为高安全和高能量密度电池体系的开发提供了新思路。

该研究工作得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、超算中心（武汉大学）、学校科研公共服务条件平台和学校大型仪器设备共享平台的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202300229