AM: 用于全固态锂硫电池的固体聚合物电解质：基于其与硫阴极相互作用的不同设计

文章总结

不易燃且具有柔韧性的固态聚合物电解质（SPEs）已被广泛研究，旨在提高锂硫电池（LSBs）的安全性。对基于固态聚合物电解质的锂硫电池的研究，主要集中在解决因固态聚合物电解质性能不佳、锂枝晶以及多硫化物的 “穿梭效应” 所引发的问题上。目前，基于固态聚合物电解质的锂电池（无硫阴极）和基于液态电解质（LE）的锂硫电池（无固态聚合物电解质）所采用的策略，是解决上述问题最常用的方法。这些策略在设计时，并未考虑到固态聚合物电解质与硫阴极共存所带来的问题，这就导致基于固态聚合物电解质的锂硫电池的性能明显逊于基于液态电解质的锂硫电池。因此，基于固态聚合物电解质的锂硫电池的策略需要不同的设计方案。然而，到目前为止，还没有综述文章关注上述差异并分析其相应原因，这对该领域的发展是不利的。本文全面综述了基于固态聚合物电解质的锂硫电池的最新进展。特别地，首次全面讨论了不同的设计方案及其相应原因。这些原因包括固态聚合物电解质对多硫化物的高吸附强度、多硫化物对阻挡层的腐蚀、固态聚合物电解质离子电导率的下降，以及阴极与固态聚合物电解质之间存在缺陷的界面。最后，探讨了该领域面临的几个紧迫挑战和未来前景。

图文简介

具有以下三种固态电解质（SPEs）的全固态锂硫电池（LSBs）的充放电曲线：a）聚氧化乙烯（PEO）基；b）聚偏二氟乙烯（PVDF）基；c）双（三乙氧基硅基）氧烷（BPSO）基。d）聚氧化乙烯（PEO）基固态电解质在充放电过程中的原位光学图像。e）聚氧化乙烯（PEO）基固态电解质在不同状态下的原子力显微镜（AFM）表面形貌图像：原始态、1.5 伏和 3.0 伏。绿色虚线框起来的颗粒是纳米填料，箭头所指的条纹是聚氧化乙烯（PEO）链。

a) 不同电解质与传统粉末电极的润湿性示意图。b) 使用聚氧化乙烯（PEO）基固态电解质（SPEs）的原位运行锂硫电池（LSBs）相应的充电曲线。c) 硫（S）阴极的初始扫描电子显微镜（SEM）图像。d) 硫（S）阴极在不同状态下的原位扫描电子显微镜（SEM）图像。

a) 由主体材料和电解质对多硫化物（PSs）的吸附强度所决定的多硫化物平衡浓度的示意图。b) 多硫化物在聚氧化乙烯（PEO）和 1,3 - 二氧戊环（DOL）上的结合能，以及聚氧化乙烯 - 六硫化锂（PEO–Li₂S₆）和六硫化锂 @1,3 - 二氧戊环（Li₂S₆@DOL）的优化结构。c) 固态电解质（SPEs）的吸附强度对进入其中的多硫化物数量的影响。d) 聚氧化乙烯 - 多孔有机聚合物（PEO–PIM）电解质在锂硫电池（LSBs）中的优势示意图。e) 多硫化物在多孔有机聚合物 - 1（PIM-1）和聚氧化乙烯（PEO）上的结合能。f) S@C/PEO–PIM/Li 和 S@C/PEO/Li 在 0.5C 倍率下的循环性能。

由于固态电解质（SPEs）与硫（S）阴极之间的相互作用而产生的各种策略差异的综合示意图

基于固态电解质（SPE）的锂硫电池（LSB）未来可能的几个发展方向

论文信息

通讯作者：Junling Guo,  Siyu Lu, Jinping Liu

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