一、引言
固态聚合物电解量(SPEs)在开发高性能且可靠的固态锂硫（Li-S）电池方面吸引了极大的兴趣。然而，对SPE和基于SPE的Li-S固态电池的失效机造的理解仍处于起步阶段，那对适用的固态电池构成了很大的障碍。
在SPE中，离子的传输通过柔性聚合物链的慢分段运动，具有较大的均匀自在途径。同时，在Li-S反响过程中，多硫化锂(LiPS)通过极性聚合物基体的化学吸附消融到SPE中。SPE中迟缓离子扩散和快速LiPS构成的协同感化将改动Li-S氧化复原的化学情况，限造固态Li-S电池的性能，然而，那仍然很少被领会。通过调理氧化复原动力学，电催化供给了克制那些内在挑战的可能性。然而，关于电催化促进SPE中Li-S氧化复原的操纵和理解还缺乏见解。
二、注释部门
功效简介
近日，大连理工大学王治宇和中科院大连化学物理研究所刘健等确定“死”LiPS在正极和具有固有扩散限造的SPE之间的界面上的高度累积和梗塞是基于SPE的固态Li-S电池的关键失效原因。那些LiPS在正极-SPE界面上和本体SPE中诱导了具有延迟动力学的不成逆化学情况，使固态电池中的Li-S氧化复原才能不敷。那一察看成果差别于具有游离溶剂和电荷载体的液体电解量的情况，在液体电解量中，消融的LiPS关于电化学/化学氧化复原连结活性而没有界面梗塞。电催化证明了在扩散限造的反响介量中调整化学情况以削减SPE中Li-S氧化复原失效的可行性，使Ah级固态锂硫软包电池具有343 Wh·kg-1的高比能量。那项工做将有助于理解固态锂硫电池自下而上改良的SPE失效机理。该研究以标题问题为“Diagnosing and Correcting the Failure of Solid-state Polymer Electrolyte for Enhancing Solid-state Lithium-sulfur Battery”的论文颁发在质料范畴国际顶级期刊《Advanced Materials》。
图文导读
【图1】诊断锂离子电池正极界面和SPE中“死”LiPS的积累。工做电池中(a) LE和(b) SPE中Li2S/C正极的In-operando紫外-可见光谱。(c) LE和(d) SPE在工做单位中的Li2S/C正极的In-operando拉曼谱。(e)Rs和Rsurf的演化，以及(f)在LE和SPE中轮回过程中Li2S/C正极的容量保留。(g)“死”LiPS高积累的SPE和(h) LiPS消融但仍存活的LE的化学情况差别示企图。
【图2】SA-Ni@HCS催化剂的构造表征。SA-Ni@HCS催化剂的(a) TEM和(b) HAADF-STEM，显示在空心碳壳上存在单原子金属位点。(c) Ni K边 XANES和(d)得到了SA-Ni@HCS、NiPc和Ni金属对应的k2加权FT-EXAFS光谱。(e)SA-Ni@HCS和Ni金属对应的小波变更。(f)SA-Ni@HCS的FT-EXAFS拟合曲线，提醒了SA-Ni催化剂中一个Ni-N4的配位构型。
【图3】SA-Ni催化对SPE中锂离子氧化复原的催化感化。(a)SANi@HCS和HCS催化Li-S氧化复原的比力。(b)SA-Ni@HCS与HCS在放电和充电过程中活化能的差别。(c)第一性原理计算提醒了Li2S6、Li2S4、Li2S和Ni-N4之间的彼此感化。Li、S、Ni和N原子别离以紫色、黄色、浅蓝色和蓝色的球体暗示。(d)S8、Li2S6、Li2S4、Li2S和Ni-N4以及石墨烯的吸附能。(e)Ni-N4和石墨烯上放电过程的自在能图。(f)Ni-N4和石墨烯上Li2S解离（Li2S→LiS+Li++e−）的能量谱。
【图4】SA-Ni催化感化对SPE中Li-S氧化复原的影响的In-operando阐发。(a)Li2S@XRD-Ni@HCS和Li2S@HCS正极的In-operando XRD。(b)Li2S@SA-Ni@HCS和Li2S@HCS正极对Li2S合成和成核的恒电位充电试验。(c)放电时Li2S@SA-Ni@HCS和Li2S@HCS正极的In-operando XRD。Li2S@SA-Ni@HCS正极的(d) In-operando拉曼光谱。(e)轮回过程中Li2S@SA-Ni@HCS正极的In-operando紫外-可见光谱。(f) In-operando EIS提醒了Li2S@HCS和Li2S@SA-Ni@HCS正极在差别放电深度下的Rct、Rs和Rsurf的演化。(g)SA-Ni催化剂按捺“死”LiPS在正极界面和SPE中促进Li-S氧化复原的感化示企图。
【图5】固态锂离子电池的性能。(a)在SPE中，在电流密度为116.6 mA g-1的前提下，Li2S@SANi@HCS正极的放电-充电电压曲线。(b) 在SPE中，在电流密度为116.6 mA g-1的前提下，差别量量负载的Li2S@SANi@HCS正极和Li2S@HCS正极的轮回性能。在SPE中，在233.2-4664 mA-1的范畴内的差别量量负载的Li2S@SA-Ni@HCS正极和Li2S@HCS正极的(c)倍率性能。(d) Li2S@SANi@HCS正极和Li2S@HCS正极在1166 mA g-1高电流密度下500次轮回的持久轮回不变性。所有的比容量都是基于Li2S的量量。(e)在电流密度为116 mA g-1时，0.47 Ah固态Li-S软包电池的放电-充电电压曲线和(f)轮回性能。插图图像是那个软包电池的光学照片。
总结与瞻望
综上所述，做者通过连系工做中固态Li-S电池的in-operando阐发，研究了正极界面和SPE中LiPS散布的演化特征。在不参与Li-S氧化复原的情况下，“死”LiPS的大量积累被认为会梗塞那些区域。那种效应不只降低了SPE的界面性量，从而拖累氧化复原动力学，并且通过不成逆的Li+和活性硫丧失损害了电池的可逆性。单原子电催化能够有效地纠正Li-S氧化复原动力学和离子传输的错配，从而削减“死”LiPS在SPE中的隔离。处理SPE中Li-S氧化复原的内在困难，能够在Ah程度固态Li-S软包电池的容量、能量效率和轮回不变性方面得到整体进步。本研究可启发人们摸索新的化学性量，以指点高性能固态锂离子电池的开展。
参考文献
Xiangyu Meng, Yuzhao Liu, Yanfu Ma, Yash Boyjoo, Jian Liu, Jieshan Qiu, Zhiyu Wang*. Diagnosing and Correcting the Failure of Solid-state Polymer Electrolyte for Enhancing Solid-state Lithium-sulfur Battery. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2212039.
DOI: 10.1002/adma.202212039
https://doi.org/10.1002/adma.202212039
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