袁利霞教授， Energy Storage Materials研究性论文：原位聚合的准固态电解质改善贫液锂硫电池的电化学性能

第一作者：石婷

通讯作者：袁利霞*

单位：华中科技大学

锂硫电池被寄希望作为较有潜力的下一代锂电池储能体系，可以提高电池体系的能量密度。但是，锂硫电池的反应动力学较差，需要引入大量的电解液加快电池的反应进程，这使得锂硫电池面临着电解液严重过量的问题，电池的实际能量密度大打折扣。为了降低电解液的过量比，针对电解液体系进行设计优化是迫在眉睫的。原位聚合制备准固态电解质，方法简单，可控性强，被认为是最有希望应用的电解质改性方法之一。使用原位聚合的电解质，可以保证电池反应动力学，降低电解液使用量。

近日，来自华中科技大学的袁利霞教授在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Quasi-solid-state Sulfur Cathode with Ultralean Electrolyte via In Situ Polymerization”的研究性论文。该论文报道了原位聚合的固态电解质可以有效降低锂硫电池的液/硫比。

使用常见的液体电解质，锂硫电池中会面临着严重的穿梭效应，导致了电池的活性物质不断损失，容量逐渐衰减。采用准固态的电解质可以限制多硫离子中间产物的穿梭扩散，将其限制在正极侧，减少了电解液活性物质的不可逆消耗。使用直观的光学静置观察扩散实验和原位拉曼测试证明了准固态电解质对多硫离子的限制作用。

原位聚合的方法可以最大限度实现低液硫比条件下有限电解质的科学分布和高效利用，并在循环过程中防止“退浸润”现象的发生，可以有效提升贫液条件下活性物质的利用率和电池的循环稳定性。

得益于准固态电解质对多硫离子的限制作用，金属锂与多硫化物、电解质之间的副反应消耗程度被大大减小，可以实现锂硫在超贫液（E/S=1 μL mg^-1）下的正常放电，并且可以在（E/S=3 μL mg^-1）的条件下进行循环。严格的贫液测试条件，对锂硫电池研究领域显得十分重要。

Quasi-solid-state Sulfur Cathode with Ultralean Electrolyte via In Situ Polymerization

石婷，在华中科技大学于2021年和2024年分别取得学士和硕士学位。目前发表SCI学术论文一篇。

动力与储能电池实验室成立于2008年，以华中科技大学材料科学与工程学院、材料成形与模具技术国家重点实验室为依托，实验室现有教授(博导)4名、副教授2名、讲师1名、博士后8名、在读博士研究生20名、硕士研究生20余名。研究方向主要包括锂离子动力与储能电池、下一代电池、固体氧化物燃料电池以及关键材料等。实验室承担了国家杰出青年基金科学项目、国家自然科学重点、面上及青年基金、科技部863项目、国际合作项目以及企业横向课题等；实验室共发表论文400余篇，其中IF大于10的论文140余篇、ESI高被引论文50余篇、热点论文10篇，引用2.5万余次，授权和公开发明专利30余件。锂离子电池正极材料、电池快充关键技术、电池健康状态超声检测技术及设备等一批成果已实现成果转化和应用。实验室成立十年来，共培养博士和硕士研究生100余名，其中已毕业的博士研究生中80%赴美国、欧洲等（如麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、佐治亚理工大学、得州大学奥斯汀分校、马里兰大学等）从事博士后研究，目前已有12人晋升为教授，获国家青年人才计划6人。“储能用高性能复合电极材料的构筑及协同机理”获2015年教育部自然科学一等奖和2016年国家自然科学二等奖。