LiNO3添加剂促进LiS电池负极稳定性及正极活性

研究背景

硫化聚丙烯月青(SPAN)作为元素硫的替代品，由于其与LIS产物间的固相

转换不产生可溶性聚硫化物，在实现实用性LiS电池方面具有很大吸引力。然而,

SPAN正极缓慢的反应动力学和在锂金属负极的枝晶生长仍然是实现高功率、高

效率LiS电池的主要障碍。Li’S的高电荷转移电阻、本征的电子绝缘性能和低溶

解性，使得倍率性能和首效(ICE)不尽理想。因此，迫切需要一种能加速正极

上的Li6的表面电荷转移，同时重新激活负极非活性锂的电解质。

内容简介

在极性电解质中加入『LiNO添加剂,NO/之间的反应触发h/NO「的生成。

K/N07寸正极的IjS产物和负极的非活性锂具有反应活性，从而加速了硫的转化

和使锂源的恢复。通过光谱和形貌表征揭示了碘在促进Li；S解离和抑制锂枝晶

生长方面的关键作用。使用此改良电解质,对称LillLi电池在0.5mAcm，电流密

度下的使用寿命长达4000小时，过电位小于12mV0组装的LiS电池在数二圈

循环后仍有100%的容量保留率和出色的倍率性能。

文章亮点

1、在极性电解质中添加L-LiNO,添加剂，生成的L/NOJ同时促进Li2s解离

和抑制锂枝晶生长2、首次发现了在硝酸盐的存在下，低价碘化物I/HI诱导的

DOL聚合受到抑制3、组装的LiS电池在1Ag-电流密度，数千圈循环下仍能保

持100%的容量保持率，容量达到1200mAhg'

主要内容

ab

l-LiNO.LiTFSI-DOUDME

c23

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)・100

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Wavenumber(cm1)Temperature(・C)

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200240280320360400200210220230240250

Wavelength(nm)Wavelength(nm)

图一、含碘的DOL/DME酸类电解质的照片a）不含LiNQs及b）含LiggDOL、

LiTFSI-DOL/DMEI2-LiTFSI-DOL/DME和L-LiN03-LiTFSI-D0L/DME的FTIR光谱。

d）不同温度下NO：,和H1/1之间以及L和「之间反应的吉布斯自由能图。

e)I2-DOL/DME,LiN03-D0L/DME和L-LiNOj-DOL/DME在200-400nm波长范围内的

紫外可见光谱及f）在200-250nm处的局部放大图

a“b0.5mAcm4.1mAhcm4

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VoltMe(V)

图2.a）不同电解质与I2>LiNO,和h-LiNO：,之间的离子电导率。在b）0.5mA

cm\1mAhcm2c）1mAcm；2mAhcm；d）2nAcm4mAhcm'和e）不同电

流密度下的Li||Li对祢电池电压-时间图。f）0.5mAcm?恒流循环后的E1S图，

插图是仿真等效电路。g）由EIS结果得出的低频Z'和3”之间的相关性。卜）

扫速为1.0mVs~的对称电池交换电流密度Tafel曲线。

•

~i

6

.6S

W

1M

Atomicratio(%)Atomicratio(%)

aLINO,

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Atomicratio(%)Atomicratio(%)

图三、原位光学显微镜观察含有a）LiN（h及b）12-口而3的U||巾对称电池

在0.5mAcm2条件下的沉积/剥离状况；gd）沉积/剥离后锂金属电极的截面扫

描电镜图像以及相应的0、F和C的元素分布；e,f)不同溅射深度的XPS光谱:

循环后锂金属电极的表面元素组成。

图四、a)电解液中溶质和溶剂的LUMO-HOMO能级图。b)Li||半电池LSV曲

线，用于测量0-3V范围内的还原电位；c)Li||SS半电池，用于测量

LiTFSI-DOL/DME>I2-LiTFSI-DOL/DME^LiNO3-LiTFSI-DOL和

l2-LiN03-LiTFSI-D0L/DME在1-5V下的氧化电位。

Wavelength(nm)

Charge

NO,HQ

NO,♦”♦2H*t\♦NO,♦H,0wmsju

3bol♦41♦3H,0♦6H*t410；♦3NH/

图5.a）在LiSLiNO：-Li2S>I2-Li2S^yLg-Li2s和b一员叫存在下的

LiTFSI-DOL/DME电解液的照片。b）在200-500nm波长范围内，加入Li2s的

I2-LiN03-D0L/DME的紫外可见光谱。LTiNOs-DOL/DME作为背景溶液。c）SPAN正

极与锂金属负极在硝酸盐+碘诱导下的界面反应机理示意图

1-W

2.6

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