多硫化锂(LiPSs)是参与锂硫(Li-S)电池每个工作电化学过程的重要中间体。揭示LiPSs在电解液中的存在形式对于理解反应机理和合理设计高性能锂硫电池至关重要。

近日，清华大学张强教授，北京理工大学李博权副研究员首次从实验上证实了Li-S电池电解质中存在阳离子LiPSs。

文章要点

1）电喷雾离子质谱（ESI-MS）显示，在Li2S6溶液中加入额外的锂盐（LiTFSI）后，质谱给出了显著而明确的多硫化锂阳离子Li₃S₆⁺的特征峰。此外，变温7Li NMR t1弛豫时间测试表明，加入的额外Li⁺倾向于与Li₂S₆结合，从而展现出特征的配位环境。相应地，紫外–可见光谱表明，这种相互作用显著改变了多硫链的电子结构。这些实验结果有效地证明了在添加锂盐的电解液中，Li₂S₆具有缔合游离Li⁺生成Li₃S₆⁺阳离子的倾向。

2）动力学测试表明，多硫化锂阳离子在正极表现出缓慢的吸附和氧化还原动力学，而对于金属锂负极的稳定性降低，与金属锂之间的副反应更加严重。这种现象被归因于多硫化锂阳离子带正电荷所引起的静电排斥或吸附效应，从而抑制或促进其在正极/负极上的吸附。

3）研究人员提出了降低锂盐浓度以抑制多硫化锂阳离子形成的策略以提高电池性能。结果显示，降低锂盐浓度可以使得电池的倍率性能得到提升，并有效提升实用化软包电池的放电容量和能量密度。

参考文献

Song et al., Cationic lithium polysulfides in lithium–sulfur batteries, Chem (2022)

DOI：10.1016/j.chempr.2022.07.004

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.07.004