【研究背景】

鋰硫（Li-S）電池由于其超高的理論能量密度，是一種非常有前途的儲(chǔ)能系統(tǒng)。多硫化鋰（LiPSs）是工作中的鋰硫電池的重要中間物。然而，LiPSs在電解質(zhì)中的現(xiàn)有形式還沒(méi)有被清楚地闡明。目前，LiPSs大多被認(rèn)為是完全分離的，而多硫化物陰離子通常被認(rèn)為是主要的成分。

【工作介紹】

不同于常規(guī)認(rèn)識(shí)，清華大學(xué)張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)最近的工作首次揭示了在鋰硫電池中，多硫化鋰（LiPSs）表現(xiàn)出強(qiáng)烈的結(jié)合額外的鋰離子并形成陽(yáng)離子簇的趨勢(shì)，證實(shí)了陽(yáng)離子LiPSs作為鋰硫電池電解質(zhì)中的主要成分存在。他們進(jìn)一步證明，通過(guò)抑制陽(yáng)離子LiPSs的形成可以有效地降低極化并改善電池性能。這些發(fā)現(xiàn)更新了人們對(duì)鋰硫電池化學(xué)的基本認(rèn)識(shí)，激發(fā)了人們進(jìn)一步合理設(shè)計(jì)電解質(zhì)和電極材料以構(gòu)建高性能電池。該工作以“Cationic lithium polysulfides in lithium–sulfur batteries”為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Chem》上。

【內(nèi)容解析】

一、電解液中LiPS的解離和結(jié)合行為

首先進(jìn)行電導(dǎo)率分析以確定LiPSs的解離行為。由于Li2S6在各種LiPSs中硫鏈的長(zhǎng)度適中，因此被選作LiPSs的模型分子。溶劑為等體積的1,3-二氧戊環(huán)（DOL）和二甲醚混合。如圖1A所示，Li2S6在不同濃度區(qū)域表現(xiàn)出不同的解離行為。在低于10mM的低濃度區(qū)域，Li2S6的摩爾電導(dǎo)率隨著濃度的增加而急劇下降，表現(xiàn)為典型的弱電解質(zhì)。下面的化學(xué)方程式可以用來(lái)描述Li2S6的解離過(guò)程，具有一階解離平衡常數(shù)。

如圖1B所示，1=Λm（摩爾電導(dǎo)率）和σ之間有良好的線性關(guān)系，表明上述方程式在低濃度區(qū)域內(nèi)是有效的。Kd值被擬合為1:69×10-4，對(duì)應(yīng)于Li2S6在電解質(zhì)中的弱解離行為。

在20mM以上的高濃度區(qū)域，Li2S6的摩爾電導(dǎo)率表現(xiàn)出異常的增加。這種行為表明，反應(yīng)的產(chǎn)物比反應(yīng)物的分子少；因此，電離度將隨著總濃度的增加而增加。這種現(xiàn)象被歸結(jié)為三離子電離行為，即三個(gè)中性分子轉(zhuǎn)化為一個(gè)陽(yáng)離子和一個(gè)陰離子。對(duì)于三離子過(guò)程，假設(shè)Li2S6的反應(yīng)方程與相應(yīng)的三離子聯(lián)合平衡常數(shù)如下。

具體來(lái)說(shuō)，三個(gè)中性的Li2S6分子重新結(jié)合成一個(gè)Li3S6+陽(yáng)離子和一個(gè)Li3S12-陰離子。如圖1C所示，在濃度超過(guò)20mM時(shí)，Λm c1/2和c之間有良好的線性關(guān)系，表明三離子聯(lián)合是合理的。計(jì)算出的Ka值相對(duì)較高，為1.09，這意味著在高濃度LiPSs的實(shí)際LiPS電解質(zhì)中，三離子聯(lián)合行為是顯著的。

圖1D總結(jié)了電離反應(yīng)和相應(yīng)的平衡常數(shù)，顯示了Li2S6的弱解離性質(zhì)，同時(shí)有形成三離子的強(qiáng)烈趨勢(shì)。為了更好地說(shuō)明這一點(diǎn)，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算了不同Li2S6濃度下不同硫成分的比例，并顯示在圖1E中。Li2S6具有很高的電離度，在1.0mM以下解離成LiS6-陰離子。在1.0-100 mM的寬濃度范圍內(nèi)，中性Li2S6分子作為主要成分，其比例高于60%。當(dāng)濃度高于100 mM時(shí)，三離子相關(guān)成分Li3S6+和Li3S12-成為主要成分，而中性Li2S6分子仍然占據(jù)40%以上不可忽略的部分。因此，可以確認(rèn)不同濃度的Li2S6電解液中的主要成分。

二、電解液中陽(yáng)離子LiPSs的鑒定

從本質(zhì)上講，三離子結(jié)合行為是由一個(gè)Li2S6分子從另一個(gè)Li2S6分子獲得Li+引起的。因此，可以推斷出，如果電解質(zhì)中存在一定量的自由Li+離子，Li2S6分子可以自發(fā)地與Li+結(jié)合，并以陽(yáng)離子Li3S6+的形式存在。為了確定LiPS-Li+結(jié)合的情況并識(shí)別Li3S6+成分，采用了ESI-MS來(lái)分析Li2S6溶液中硫成分的組成，因?yàn)镋SI-MS是一種非破壞性的工具，可以有效地獲得溶解成分及其溶劑化鞘的結(jié)構(gòu)信息。通過(guò)使用正負(fù)測(cè)量模式，可以根據(jù)質(zhì)量/電荷比（m/z）分離和識(shí)別陽(yáng)離子或陰離子狀態(tài)的不同硫成分。如圖2A和2B所示，Li2S6溶液表現(xiàn)出陰離子LiS6/S6的特征峰。(m/z = 199或192)或陽(yáng)離子Li3S6+ (m/z = 303，有一個(gè)DME作為溶劑化鞘)的特征峰，分別對(duì)應(yīng)于其解離和三個(gè)離子結(jié)合過(guò)程。在Li2S6溶液中加入額外的LiTFSI，Li3S6+峰的強(qiáng)度明顯增加，而負(fù)模式的LiS6-/S6-峰幾乎消失。上述結(jié)果證實(shí)了Li2S6和Li+之間的結(jié)合，形成陽(yáng)離子Li3S6+。

圖2. 電解液中的陽(yáng)離子LiPSs的鑒定。

此外，在不同的溫度下進(jìn)行了7Li NMR自旋晶格（t1）弛豫測(cè)量，以探測(cè)電解質(zhì)中陽(yáng)離子Li3S6+的存在。t1弛豫時(shí)間反映了鋰原子與周?chē)咏粨Q自旋能量的速度，從而提供了關(guān)于周?chē)湮画h(huán)境的信息。

如圖2C所示，Li2S6溶液的t1弛豫時(shí)間顯示出比空白LiTFSI溶液低得多的數(shù)值和更強(qiáng)的溫度依賴(lài)性，表明Li2S6中Li+周?chē)湮画h(huán)境的不對(duì)稱(chēng)性更高。Li2S6+LiTFSI混合物的t1弛豫時(shí)間顯示出與Li2S6溶液相似的數(shù)值和溫度依賴(lài)性，這與LiTFSI不同，表明額外的Li+傾向于與Li2S6結(jié)合形成陽(yáng)離子，表現(xiàn)出比DME配位的自由Li+更類(lèi)似于Li2S6的不對(duì)稱(chēng)配位結(jié)構(gòu)。采用紫外-可見(jiàn)光譜分析來(lái)研究硫鏈化學(xué)環(huán)境的變化，從而探測(cè)Li2S6和Li+之間的相互作用。如圖2D所示，Li2S6的紫外可見(jiàn)光譜在270和420納米處顯示出典型的吸光峰，對(duì)應(yīng)于硫鏈的n/s*激發(fā)。隨著1.0M LiTFSI的加入，420納米處的峰值強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，并呈現(xiàn)出藍(lán)移，表明額外的Li+與硫鏈結(jié)合并降低了非結(jié)合軌道上電子的能量。

進(jìn)行了電導(dǎo)率測(cè)量，以提供關(guān)于陽(yáng)離子Li3S6+成分形成的直接和定量的證據(jù)。Li2S6和LiTFSI的混合物表現(xiàn)出的電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于兩種成分在各自濃度下的電導(dǎo)率數(shù)值之和，表明，中性Li2S6分子傾向于與中性LiTFSI分子反應(yīng)，形成自由離子，從而產(chǎn)生更多的電荷載體。反應(yīng)方程可以寫(xiě)成如下：

很明顯，電導(dǎo)率測(cè)量的結(jié)果證實(shí)，Li2S6有強(qiáng)烈的傾向于結(jié)合額外的Li+，并在電解質(zhì)中與Li鹽形成相當(dāng)數(shù)量的陽(yáng)離子Li3S6+。

上述討論定性地說(shuō)明了Li2S6形成陽(yáng)離子Li3S6+的趨勢(shì)。形成Li3S6+陽(yáng)離子的關(guān)聯(lián)常數(shù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)擬合進(jìn)一步定量地得到。

考慮到低濃度LiTFSI的Li2S6稀溶液，以下平衡描述了離子的關(guān)聯(lián)和解離行為：

鑒于每個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)和每個(gè)離子對(duì)相應(yīng)的極限摩爾電導(dǎo)率，溶液的總電導(dǎo)率可以根據(jù)離子獨(dú)立遷移定律來(lái)計(jì)算。由于圖1A-1C中已經(jīng)獲得了Li2S6的解離平衡常數(shù)和極限摩爾電導(dǎo)率數(shù)據(jù)（注意K1 = 1/Kd），LiTFS的數(shù)據(jù)也可以測(cè)得，所以平衡常數(shù)K2和Li3S6+-TFSI- 離子對(duì)的極限摩爾電導(dǎo)率是唯一兩個(gè)可以通過(guò)非線性最小平方法從實(shí)驗(yàn)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)中擬合的未知參數(shù)。圖3A展示了電導(dǎo)率測(cè)量和數(shù)據(jù)擬合的結(jié)果。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合，平衡常數(shù)K2的值被確定為4.70×102，Li3S6+-TFSI離子對(duì)的極限摩爾電導(dǎo)率為1.44×104 mS cm-1 M-1。

圖3. LiPSs和Li+之間的解離和關(guān)聯(lián)行為的定量分析。

隨著鋰鹽的加入，圖3B中定量地闡明了Li2S6和Li+之間的解離和結(jié)合反應(yīng)。LiS6的一階結(jié)合常數(shù)的值為K1 = 5.91×103，表明LiS6有與Li+結(jié)合的強(qiáng)烈趨勢(shì)。形成Li3S6+陽(yáng)離子的二階結(jié)合常數(shù)的值是K2=4.70×102，表明中性Li2S6分子與額外的Li+結(jié)合的趨勢(shì)同樣強(qiáng)烈。根據(jù)關(guān)聯(lián)常數(shù)，計(jì)算出存在1.0M LiTFSI的不同硫成分的比例，并顯示在圖3C。當(dāng)Li2S6濃度低于100 mM時(shí)，LiTFSI提供的大量游離Li+陽(yáng)離子導(dǎo)致電解液中陽(yáng)離子Li3S6+成分的主導(dǎo)部分超過(guò)80%。當(dāng)Li2S6濃度達(dá)到100mM時(shí)，Li2S6和TFSI陰離子之間出現(xiàn)了對(duì)Li+的競(jìng)爭(zhēng)。因此，對(duì)于電解液使用過(guò)量的鋰硫電池（電解液與硫的比率，E/S比率>20 mL g-1），陽(yáng)離子LiPSs被認(rèn)為是電解液中的主要成分。對(duì)于電解液有限的高能量密度鋰硫電池（E/S比<5 mL g-1），中性LiPS分子和LiPS陽(yáng)離子都是電解液中的主要成分。

三、電解液中陽(yáng)離子LiPSs的理論分析

陽(yáng)離子LiPSs的存在已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)方法所全面證實(shí)。為了獲得電解質(zhì)中LiPS陽(yáng)離子的詳細(xì)結(jié)構(gòu)信息并了解其基本化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行了第一原理計(jì)算。

圖4. 電解液中陽(yáng)離子LiPSs的理論模擬。

圖4A描述了Li3Sn+-(DME)2（n=4、6或8）的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，圖4B顯示了溶解的鋰離子Li+-(DME)2與中性LiPS分子結(jié)合時(shí)的相應(yīng)結(jié)合能。在Li3S6+-(DME)2和Li3S8+-(DME)2復(fù)合物中，最里面的一個(gè)鋰原子（編號(hào)2）被兩個(gè)末端硫原子配合，而外面的兩個(gè)鋰原子（編號(hào)1和3）分別與一個(gè)末端硫原子和一個(gè)DME分子結(jié)合。此外，Li3S6+-(DME)2和Li3S8+-(DME)2分別表現(xiàn)出0.69和0.90 eV的高結(jié)合能，表明Li+(DME)2和LiPSs之間有強(qiáng)烈的相互作用。形成Li3S6+陽(yáng)離子時(shí)，其結(jié)合能與實(shí)驗(yàn)結(jié)合常數(shù)相一致。相比之下，短鏈Li3S4+-(DME)2表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)鋰原子與一個(gè)DME和一個(gè)末端S原子配合（編號(hào)1），另一個(gè)鋰原子與一個(gè)DME和兩個(gè)末端S原子配合（編號(hào)2），而另一個(gè)鋰原子只與兩個(gè)末端S原子配合（編號(hào)3）。這種緊湊結(jié)構(gòu)的形成源于較短的硫鏈的較小的立體阻礙，這使得Li陽(yáng)離子能夠直接與電負(fù)性的端硫結(jié)合而不明顯改變?cè)瓉?lái)的Li2S4結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致更高的結(jié)合能-1.14eV。

為了進(jìn)一步了解LiPS-Li+相互作用的化學(xué)性質(zhì)，采用了鍵長(zhǎng)分析、前沿軌道分析和自然鍵軌道（NBO）電荷分析來(lái)研究Li3Sn+復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和電荷轉(zhuǎn)移。與中性Li2Sn分子相比，陽(yáng)離子Li3Sn+-(DME)2的每個(gè)Li-S鍵的鍵長(zhǎng)相似但略有減少。在與額外的Li+結(jié)合后，Sn2-的HOMO和LUMO能級(jí)下降，這被認(rèn)為是由于Li+的吸電子能力。同時(shí)，觀察到Sn2-的HOMO和LUMO之間的帶隙增加，這意味著陽(yáng)離子LiPSs在電化學(xué)轉(zhuǎn)換中是不利的。此外，在Li3Sn+(DME)2陽(yáng)離子形成后，末端的硫原子保持恒定的負(fù)電荷，即0.75e，并且從額外的Li陽(yáng)離子到末端的硫原子觀察到幾乎可以忽略的正電荷轉(zhuǎn)移（<+0.04e）。這些結(jié)果表明，LiPS陽(yáng)離子中的Li-S鍵與初始Li2Sn分子中的離子鍵相似。

分子動(dòng)力學(xué)MD模擬，確定陽(yáng)離子LiPSs在電解質(zhì)中的溶解結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明LiPS陽(yáng)離子在電解質(zhì)中的普遍存在。從MD軌跡中提取的不同LiPSs團(tuán)簇的優(yōu)化結(jié)構(gòu)顯示了LiPS陽(yáng)離子的溶劑化結(jié)構(gòu)。LiPS陽(yáng)離子被DME溶解在一級(jí)溶劑化鞘中，成為一個(gè)緊湊的團(tuán)塊，而DOL分子和TFSI陰離子則在二級(jí)溶劑化鞘中。

總之，DFT計(jì)算和MD模擬揭示了LiPS陽(yáng)離子的結(jié)合能、穩(wěn)定構(gòu)型和溶劑化結(jié)構(gòu)，從而在理論上證實(shí)了LiPS陽(yáng)離子在電解質(zhì)中的存在，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

四、陽(yáng)離子LiPSs的動(dòng)力學(xué)評(píng)估

圖5. 陽(yáng)離子LiPSs的動(dòng)力學(xué)評(píng)估。

（1）對(duì)陰極反應(yīng)活性的影響

如上所述，溶解的LiPSs在Li-S電解質(zhì)中以陽(yáng)離子而不是中性分子或陰離子的形式存在?？梢韵胂螅@種LiPS-Li+的相互作用將影響溶解的LiPSs的電化學(xué)行為。首先，通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜法評(píng)估了Li2S6在陰極基底上的吸附行為。通過(guò)采用石墨烯（G）作為吸附劑，記錄了Li2S6的吸附容量-時(shí)間曲線，并進(jìn)行了擬合，以獲得有關(guān)平衡吸附容量（QM）和吸附速率常數(shù)（k）的動(dòng)力學(xué)參數(shù)（圖5A）。在相同的Li2S6初始濃度下，與純Li2S6相比，含有LiTFSI的Li2S6的QM明顯下降，吸附速率下降，表明LiPS的吸附受到抑制?？紤]到中性Li2S6和陽(yáng)離子Li3S6+之間相似的結(jié)構(gòu)但不同的電荷，陽(yáng)離子LiPSs由于靜電排斥，本質(zhì)上更難被吸附在碳基質(zhì)上，因此難以參與后續(xù)的電化學(xué)反應(yīng)。

為了驗(yàn)證上述論點(diǎn)，使用Li2S6對(duì)稱(chēng)電池測(cè)量了不同電流密度下的直流（DC）極化和交變電流電化學(xué)阻抗譜（EIS），以評(píng)估LiPS電化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。如圖5B和5C所示，Li2S6對(duì)稱(chēng)電池的直流極化隨著LiTFSI濃度的升高而增加，每個(gè)電流密度從0.1到8.0 C。當(dāng)電流密度達(dá)到8.0 C時(shí)，用50 mM LiTFSI轉(zhuǎn)換Li2S6的過(guò)電位仍然很低，穩(wěn)定在80 mV。相比之下，1,000 mM LiTFSI組表現(xiàn)出超過(guò)440 mV的大過(guò)電位。隨著LiTFSI濃度的增加，對(duì)稱(chēng)電池的循環(huán)伏安曲線顯示出延遲的電流反應(yīng)和最大電流的減少。因此，LiPS-Li+的相互作用明顯阻礙了Li2S6的氧化還原動(dòng)力學(xué)，上述結(jié)論也體現(xiàn)在EIS的結(jié)果中。隨著LiTFSI濃度的增加，電荷轉(zhuǎn)移電阻（RCT）增加，對(duì)應(yīng)于氧化還原動(dòng)力學(xué)的增加難度。此外，在不同的溫度下，測(cè)量的RCT擬合到Arrhenius方程中，得到Li2S6轉(zhuǎn)化的活化能。如圖5D所示，觀察到活化能（Ea）與LiTFSI濃度之間的正相關(guān)關(guān)系，表明動(dòng)力學(xué)的下降來(lái)自于電化學(xué)反應(yīng)中陽(yáng)離子LiPSs的內(nèi)在遲滯性。

（2）對(duì)陽(yáng)極金屬鋰副反應(yīng)的影響

考慮到LiPSs和Li金屬陽(yáng)極之間的反應(yīng)會(huì)顯著影響Li-S電池的循環(huán)壽命，對(duì)陽(yáng)離子LiPSs與Li金屬陽(yáng)極的反應(yīng)性進(jìn)行了評(píng)估。如圖5E所示，加入1.0M LiTFSI后，Li2S6的穿梭電流達(dá)到0.042 mA，比空白Li2S6溶液的0.014 mA高出2倍。穿梭電流的增加表明，陽(yáng)離子LiPSs對(duì)金屬鋰陽(yáng)極的反應(yīng)更加激烈，會(huì)消耗金屬鋰。

陽(yáng)離子LiPSs在陰極表現(xiàn)出遲緩的氧化還原動(dòng)力學(xué)，而在陽(yáng)極則表現(xiàn)出高活性。上述現(xiàn)象可以用帶正電的陽(yáng)離子LiPSs和電極的電雙層之間的相互作用來(lái)解釋。一般來(lái)說(shuō)，陽(yáng)離子過(guò)度地吸附在亥姆霍茲平面上，Li陽(yáng)極帶負(fù)電。相反，由于LiPSs的電化學(xué)平衡，硫陰極是凈正電，陰離子過(guò)度地被吸附。因此，與中性LiPS分子相比，陽(yáng)離子LiPSs更容易被陰極排斥，更難進(jìn)入亥姆霍茲平面參與電化學(xué)反應(yīng)（圖5F）。然而，由于靜電吸引，陽(yáng)離子LiPSs更容易被吸附在金屬Li陽(yáng)極表面，與金屬Li陽(yáng)極發(fā)生副反應(yīng)，加劇了穿梭效應(yīng)。簡(jiǎn)而言之，陰極和陽(yáng)極的電雙層結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致陽(yáng)離子LiPSs的動(dòng)力學(xué)順序相反。

五、應(yīng)用

動(dòng)力學(xué)測(cè)量結(jié)果表明，陽(yáng)離子LiPSs在陰極是遲緩的，但在陽(yáng)極是活躍的，這表明對(duì)鋰硫電池的性能有整體的有害影響。因此，提出了一個(gè)降低鋰鹽濃度以減少陽(yáng)離子LiPS比例的策略，以改善電池性能。為了證明所提出的策略，測(cè)量了含有不同濃度LiTFSI的鋰硫硬幣電池的速率性能（圖6A）。在0.1、0.5、1.0和2.0C時(shí)，LiTFSI濃度為50至500mM的鋰硫扣式電池表現(xiàn)出類(lèi)似的比容量。然而，當(dāng)速率達(dá)到4.0C時(shí)，含有50 mM LiTFSI的鋰硫鈕扣電池仍然提供432 mAh g-1的比容量，而含有100或500 mM LiTFSI的鋰硫鈕扣電池則表現(xiàn)出明顯的比容量下降，分別為150.2或31.7 mAh g-1。在4.0C時(shí)相應(yīng)的電壓-容量曲線進(jìn)一步闡明了速率性能的差異（圖6B）。在高濃度的LiTFSI（100或500mM）下，在第二個(gè)平臺(tái)之前過(guò)早終止放電被觀察到，表明源于緩慢反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的大過(guò)電位。相反，將LiTFSI濃度降低到50 mM，減少了電解液中陽(yáng)離子LiPSs的比例，從而改善陰極的氧化還原動(dòng)力學(xué)。因此，極化現(xiàn)象得到緩解，實(shí)現(xiàn)了活性物質(zhì)的高利用率。

圖6. 鋰硫電池的電化學(xué)性能（A和B）（A）不同LiTFSI濃度的鋰硫紐扣電池的速率性能和（B）相應(yīng)的電壓-容量曲線在4.0 C。（C）2 Ah級(jí)鋰硫軟包電池的光學(xué)圖像和參數(shù)。(D) 不同 LiTFSI 濃度的鋰硫 軟包電池的電壓-容量曲線。

軟包電池驗(yàn)證：組裝了LiTFSI濃度為0.20M和傳統(tǒng)的1.0M LiTFSI電解質(zhì)的軟包電池。如圖6D，使用0.2 M LiTFSI的鋰硫軟包電池在0.05 C的循環(huán)速率下，提供了1,244 mAh g-1的卓越放電容量和353 Wh kg-1的高初始能量密度。相比之下，含有1.0 M LiTFSI的鋰硫電池顯示出更高的極化，而放電容量卻低得多，僅為1,106 mAh g-1。因此，含有1.0 M LiTFSI的鋰硫電池只顯示出319 Wh kg-1的初始能量密度。

上述軟包電池級(jí)別的評(píng)估清楚地表明了陽(yáng)離子LiPSs對(duì)電池性能的負(fù)面影響，以及減少陽(yáng)離子LiPSs的比例以實(shí)現(xiàn)高能量密度鋰硫電池的有效性。

【要點(diǎn)總結(jié)】

一、首次證實(shí)了鋰硫電池中存在陽(yáng)離子LiPSs。

二、LiPSs是弱解離的，但與額外的Li+結(jié)合形成LiPS陽(yáng)離子，陽(yáng)離子LiPSs被確定為電解質(zhì)中的主要物種。理論模擬證明了陽(yáng)離子LiPSs的構(gòu)型和溶劑化結(jié)構(gòu)，并表明LiPS-Li+的相互作用具有離子鍵的性質(zhì)。

三、陽(yáng)離子LiPSs在陰極氧化還原動(dòng)力學(xué)方面比較遲鈍，而在金屬鋰陽(yáng)極上則具有更強(qiáng)的化學(xué)活性。因此，降低鋰鹽濃度以減少LiPS陽(yáng)離子的比例，可以有效提高電池在容量、極化和速率反應(yīng)方面的性能。更重要的是，按照該策略，鋰硫軟包電池在低鋰鹽濃度下實(shí)現(xiàn)了353Wh/kg的高實(shí)際能量密度。

四、本工作關(guān)于鋰鹽的現(xiàn)有形式和行為的研究結(jié)果為鋰硫化學(xué)提供了新的見(jiàn)解，并為合理設(shè)計(jì)電解質(zhì)和電極材料以構(gòu)建高性能鋰硫電池提供了重要指導(dǎo)。

Cationic lithium polysulfides in lithium–sulfur batteries
Chem(IF25.832)Pub Date:2022-08-11, DOI:10.1016/j.chempr.2022.07.004
Yun-Wei Song, Liang Shen, Nan Yao, Xi-Yao Li, Chen-Xi Bi, Zheng Li, Ming-Yue Zhou, Xue-Qiang Zhang, Xiang Chen, Bo-Quan Li, Jia-Qi Huang, Qiang Zhang

審核編輯 ：李倩