低溫鋰硫電池（LSB）的發(fā)展受到了硫利用率和循環(huán)性能較差、平面Li₂S生長、多硫化鋰（LiPSs）轉(zhuǎn)化受阻以及陽極穩(wěn)定性較差的抑制。

在此，中南大學吳飛翔教授團隊通過比較0.1和1 M LiFSI電解質(zhì)的性能，提出了新見解，LCE被證明對低溫LSB有益。具體而言，根據(jù)形態(tài)觀察和理論模型的生長模式分析，LCE中的Li₂S成核轉(zhuǎn)變?yōu)槌跏己溯^少的漸進模式，這有利于Li₂S的垂直生長，導致在低溫條件下更完整的鋰-硫轉(zhuǎn)化反應。

此外，通過可視化實驗、計算模擬和漸進電化學阻抗譜，LCE抑制LiPSs聚集的能力得到了支持，這種抗聚集能力有效地增強了Li–S轉(zhuǎn)化反應動力學。特別地，在LCE中，具有LiF和Li₂S/Li₂S₂的保護性SEI可能實現(xiàn)穩(wěn)定的負極。

圖1. 多硫化物吸附及理論模擬

總之，該工作通過使用低濃度電解液，提高了LSB在低溫條件下的循環(huán)穩(wěn)定性和比放電能力。具體而言LCE的突出作用主要體現(xiàn)在三個方面。

首先，LCE能夠切換Li₂S核進入漸進模式，減少初始核量，促進垂直成核，避免鋰過早結束Li₂S沉積。其次，通過降低鋰鹽的濃度，降低電解質(zhì)中的橋聯(lián)Li⁺，從而抑制LiPSs的聚集，第三，在LCE中，LiPSs和LiNO的協(xié)同效應有助于建立致密的SEI，保護負極免受鋰鹽和溶解LiPSs的侵蝕。因此，該工作實現(xiàn)了用于低溫條件下的穩(wěn)定和高容量LSB。

圖2. 電池性能

Low Concentration Electrolyte Enabling Anti-Clustering of Lithium Polysulfides and 3D-Growth of Li2S for Low Temperature Li–S Conversion Chemistry,?Advanced Energy Materials?2023 DOI: 10.1002/aenm.202302850