文 章 信 息
硝酸盐激发高价碘化物作为双功能添加剂助力锂硫电池
第一作者：贾朋飞，王进
通讯作者：王丽娜
单位：东华大学，复旦大学，江南大学
文 章 简 介
化石能源的不断枯竭和新能源汽车的急速增长对储能设备提出了更高的要求。而锂硫电池具有高理论比容量、原材料丰富和环境友好的特点，是一种具有前景储能体系。然而，硫正极缓慢的转化动力学和锂负极界面的不稳定性，严重阻碍了锂硫电池的实际应用。
近日，东华大学王丽娜、复旦大学王永刚和江南大学刘天西教授合作，开发了新型电解液添加剂I2-LiNO3应用于锂硫电池。研究发现，LiNO3会诱导增强I3–/IO3–的浓度，其不仅可以化学氧化硫正极放电产物Li2S，提高正极的电化学活性，而且可在负极界面复活死锂，提高负极稳定性。该文以“Boosting Cathode Activity and Anode Stability of Lithium–Sulfur Batteries with Vigorous Iodic Species Triggered by Nitrate”为题，发表在Angewandte Chemie International Edition上，东华大学硕士研究生贾朋飞、王进同学为共同一作。
在LiTFSI-DOL/DME中引入I2，其在微量水的作用下生成了引发剂HI，引发了1,3-二氧五环阳离子开环聚合，导致电解质固化。伴随着LiNO3的引入， LiNO3氧化消耗了HI/I-，可抑制电解质固化，同时生成大量高价态的I3–IO3–，这一点从红外及紫外光谱分析结果中得到验证。而密度泛函理论验证上述结论的吉布斯自由能，证明反应是热力学自发进行的。
高价态的I3–IO3–会腐蚀非活性锂，从而使死锂复活，提高锂金属界面的稳定性。在引入LiNO3和I2-LiNO3的电解质体系中，组成固体电解质界面的主要成分是LiF，其可以诱导Li+的均匀沉积，延缓枝晶生长。并且，高价碘化物溶解枝晶并重构界面结构，抑制枝晶刺穿隔膜，防止局部电流密度过大造成短路。
以硫化聚丙烯腈（SPAN）为正极的锂硫电池是固-固转化反应，伴随着较大的反应势垒，导致缓慢的电化学转化动力学。而高价态的I3–IO3–会化学氧化Li2S产物表面，降低Li2S分解活化能，促进Li2S的解离，提高SPAN与Li2S的可逆转化动力学，从而提高锂硫电池的库伦效率与倍率性能，为锂硫电池的实验探究与发展应用提供了一种可行的思路。
文 章 链 接
https://doi.org/10.1002/anie.202401055
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