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鄭大付永柱/郭瑋JACS: 用于改善可充電鋰硫電池界面化學的異構有機二硫醇添加劑

鋰硫（Li-S）電池具有較高的理論比能量。然而，它們的性能受到多硫化鋰的穿梭效應和鋰負極界面的不穩定性的困擾，使用電解質添加劑是解決這些問題的有效策略。

在此，鄭州大學付永柱教授、郭瑋副教授等人報告了一類電解質添加劑，即苯二硫醇 (BDT)。在BDT的三種異構體中，1,4-BDT對Li-S電池的性能改進顯示出最佳效果，因為它比其他兩種可以鍵合更多的硫原子。1,4-BDT在正極和負極上的功能涉及硫醇基團的化學反應。S-S鍵由1,4-BDT和硫通過低聚反應生成，改變了硫原來的氧化還原路徑，抑制了多硫化鋰的穿梭效應。此外，1,4-BDT能形成光滑穩定的固體電解質界面（SEI），使得Li//Li對稱電池在5 mA cm^-2的大電流密度下保持300 h以上的超低過電位（0.08V）。

圖1. 含1,4-BDT的Li-S電池初始放電和充電過程中的反應機理

具有1,4-BDT的Li-S電池在C/5倍率下顯示出最高的循環穩定性，初始容量為 1548.5 mAh g^-1，200次循環后的可逆容量為1306.9 mAh g^-1。具有1,4-BDT和2.8g硫的Li-S軟包電池在C/10倍率下初始容量為2640 mAh，循環26次后容量保持率為 84.2%。這項工作表明有機二硫醇化合物可用作功能性電解質添加劑，并為設計先進的Li-S電池材料提供了新的方向。

圖2. 含 1,4-BDT電解液的Li-S電池示意圖

Isomeric Organodithiol Additives for Improving Interfacial Chemistry in Rechargeable Li-S Batteries, Journal of the American Chemical Society. 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c04222

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