物理所在高能量密度锂硫电池电解液研究中取得进展

锂硫电池被认为是高能量密度电池技术中最有前景的体系之一，其研究开发历来备受关注。目前，由于锂硫电池电解液用量过大，导致其实际能量密度远低于预期。

近期，在索留民特聘研究员指导下，中国科学院物理研究所怀柔研究部、清洁能源实验室/北京凝聚态物理国家研究中心博士刘涛开展了超轻电解液、锂友好低密度电解液等一系列研究，提出在电解液体积一定条件下降低电解液密度，解决锂硫电池中非活性电解液质量比例过大的问题。

本研究从电解液的密度入手，利用“蜕变不变量”的方法有效控制电解液中盐的种类和浓度，引入锂友好型、低密度的单醚溶剂，得到密度仅为0.83g/mL的超低密度锂硫电池电解液。这种电解液的密度仅为传统锂硫电池电解液密度的70%左右，也就是说，使用这种超轻电解液，在同样的E/S比下，可以实现电解液质量减少30%。超轻电解液虽然是低浓度电解液，但依然保持了良好的金属锂稳定性，这主要得益于LiNO3较强的抗还原能力以及金属锂和单醚的协同保护。与传统锂硫电池电解液相比，使用超轻电解液的Li-Cu电池中金属锂沉积更加致密均匀，从而进一步降低了电解液和金属锂的持续消耗。

研究发现，在E/S=3.0μL/mg条件下，采用超轻电解液的软包电池中电解液重量比由传统电解液的49.6%降低至41.1%。得益于超轻电解液对电解液重量比的降低，锂硫电池的能量密度由传统的329.9Wh/kg提升至单层软包下的393.4Wh/kg。若组装成多层软包电池，预估采用超轻电解液的锂硫电池能量密度可达425.2Wh/kg。

为了进一步降低锂硫电池因锂损失过多而导致的过锂消耗问题，本研究提出采用一种具有氟化硅烷结构的新型溶剂。与传统氟化溶剂相比，这种氟化溶剂具有密度低的优势，可以在锂金属表面生成大量的LiF和LixSi复合材料，对锂金属进行保护。无论是在低载量还是高载量下，使用低密度氟化溶剂的电解液的循环稳定性都远优于传统电解液。

该项研究为提高锂硫电池能量密度、优化其电解液提供了新思路，相关成果发表在《 and 》上，该项研究得到了怀柔清洁能源材料检测诊断与研发平台的支持。

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