近日，我院郑奇峰团队在Wiley出版社期刊Angew. Chem. Int. Ed.上发表了题为“Dissociation–Precipitation Chemistry of Lithium Polysulfides and Its Correlation to Dynamic Evolution of Cathode–Electrolyte Interphase in Highly Solvating Electrolyte”的研究成果。该工作提出了一种基于六甲基磷酰三胺（HMPA）的高溶型电解液策略，阐明了多硫化锂（LiPSs）的解离-沉积化学及其与正极电解质界面膜（CEI）动态演化的相关性，从而有效调节多硫化锂的溶解度并形成自由基辅助转换化学路径，实现Li2S 的三维（3D）电化学沉积并提高硫利用率，以及形成的 CEI 提高电池循环稳定性。该工作为设计高能量密度锂硫电池用高溶型电解液提供新的认识。团队陈鹭义副研究员、赖嘉伟、关孝贤研究生为共同第一作者，郑奇峰教授为通讯作者。
锂–硫（Li–S）电池因其理论能量密度高，被认为最有前途的下一代储能系统。然而，正极电解质界面膜（CEI）不稳定和放电产物（Li2S）容易钝化的阻碍，导致电池循环稳定性差、硫利用率低，严重阻碍了Li–S电池实用化推广。为了提高Li–S电池实际能量密度，必须同时满足以下条件：高硫利用率、高硫负载量、低负极/正极容量比（N/P）以及低电解液用量（E/S）。其中，低E/S与多硫化锂的溶解性密切相关。可溶性多硫化锂会从硫正极脱落、产生严重的穿梭以及与锂负极发生严重副反应，导致Li–S电池容量快速衰减、锂枝晶肆意生长和低库伦效率（CE）等问题。
基于此，郑奇峰团队基于电解液设计层面，提出一种基于六甲基磷酰三胺的高溶型电解液工程策略，旨在阐明Li–S电池中LiPSs的转化化学及其与电化学界面的关联性。通过系列多谱学实验结果，证实了该策略能够有效调节 LiPSs 的溶解行为并形成自由基辅助转换路径，同时控制Li2S 三维（3D）电化学沉积行为，从而提高硫利用率。此外，通过弛豫时间分布技术（DRT）和 X 射线光电子能谱（XPS），评估了CEI动态演化过程中含 S-/P- 物种的重要性，有效地抑制Li2S的钝化，提高了Li–S电池中硫基转化化学的可逆性。最后，基于该高溶型电解液策略，硫负载量为 7.75 mg cm−2，Li–S电池的面积容量达到7.86 mAh cm−2（电流密度为1.30 mA cm−2）。本工作旨在通过电解液工程策略提高Li–S电池的S利用率。提出基于六甲基磷酰三胺的高溶型电解液的解决策略，明确了高溶型电解液在促进LiPSs转化、调控Li2S 电化学沉积以及提升CEI界面化学稳定性之间的关联性，最终提高Li–S电池的硫利用率，为推动高能量密度Li–S电池的研制提供新的认识。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202423046