简述锂硫电池P2S5电解液添加剂的研发

美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员研发出一种新型电解液添加剂。

以ArumugamManthiram教授为牵头人的科研小组经研究发现，使用五硫化二磷（P2S5）作为电解液添加剂，可以把已经商业化的Li2S粒子直接用作锂硫电池的高容量阴极材料，无需再经过复杂的合成或者使用可充电的终止电压（会导致电解液的稳定性和安全性降低）。大量使用已经商业化的粒子可以大幅降低以锂硫为阴极的锂硫电池的生产成本。

该篇论文发表在美国化学学会的《物理化学快报杂志》上。科研人员在论文中指出，该发现对安全高效的Li2S作为电池阴极材料和制造低成本、无锂的锂硫电池都极具重要意义。

锂硫电池的理论容量非常高，达到∼2500Whkg−1，要求使用锂金属作为阳极，但是锂金属在电池阳极中会逐渐退化并对电池的安全性和性能造成影响。有一种可选的替代方法就是把没有锂的电池阳极（例如锡和硅）和硫化锂阴（∼1166mAhg−1）极连在一起。

经研究证实，使用硫化锂在最初的充电阶段有很大的困难，这与新的多硫化合物的集结有关。

电压障碍可以通过在充电初期使用终止电压解决，但是会造成普遍使用的醚基电解液的不稳定，以及电池电化学性能的衰退。

科研人员对比了锂硫阴极在电解液和P2S5在CR2032纽扣电池中的性能。经过对比，锂硫阴的可逆放电容量为∼800mAhg−1，经历80次充放电后容量仍可高达83%，库伦效率仍近乎100%。

科研人员得出的结论是：P2S5和Li2S的交互作用会导致槽电阻降低，加快Li2S被氧化成多硫化合物，大大降低了初次充电的电压坪。

科研人员补充道，当Li2S和P2S5的摩尔比为7:1时，就会在Li2S表面生成一层厚厚的固态电解液之前，发生最高效的电化学反应。由于P2S5核心结构被激活，微米级别的Li2S会在活化作用发生时得以保留，而活化作用只是表面效果。