Li硫黄電池用の線形エーテルベースの高濃度電解質

LI-Sバッテリーは、理論的能力と費用対効果が高いため、次世代の充電式バッテリーとして注目を集めています。控えめな溶媒和電解質は、クーロンの効率を高め、サイクル寿命を延ばすためにポリスルフィド中間体の溶解とシャトルを抑制するため、有望な電解質を保持します。この研究では、有機電解質、高濃度の電解質、イオン液体など、さまざまな液体電解質におけるポリスルフィド（Li2S8）の溶解度を調査しました。Li2S8溶解度は、dnnmr <14の電解質の電解質の100 mm_（元素硫黄）を推定するドナー数（dnnmr）とよく相関していました。リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（LITFSA）およびメチルプロピルエーテル（MPE）、N-ブチルメチルエーテル（BME）、エチルプロピルエーテル（EPE）などの線形鎖ダイアキルエーテルを含む高濃度の電解質が、微妙な電解として研究されています。LI-Sバッテリー。BMEなどのモノメチルエーテルは、より顕著なリオン協調とイオン導電率が高いことを示しましたが、EPEの長いアルキル鎖の立体障害は、溶媒和数を低下させ、イオン関連を強化し、溶媒が類似しているにもかかわらず、イオン導電率を低下させました。定数。ダイアキルエーテルベースの電解質を備えたLi-S細胞の電荷分解速度能力は、スルホラン（SL）およびヒドロフルオロエーテル（HFE）を使用して局所的な高濃度電解質を持つ細胞の電荷速度能力よりも印象的でした。TFSA] -2HFE。より高いレートのパフォーマンスは、ダイアキルエーテルベースの電解質の優れたLiイオン輸送特性に起因していました。軽量[LI（BME）3] [TFSA]を使用したポーチ型セルは、除脂肪電解質条件下で300 W H kg-1を超えるエネルギー密度を示しました。

Li-S batteries have attracted attention as next-generation rechargeable batteries owing to their high theoretical capacity and cost-effectiveness. Sparingly solvating electrolytes hold promise because they suppress the dissolution and shuttling of polysulfide intermediates to increase the coulombic efficiency and extend the cycle life. This study investigated the solubility of polysulfide (Li2S8) in a range of liquid electrolytes, including organic electrolytes, highly concentrated electrolytes, and ionic liquids. The Li2S8 solubility was well correlated with the donor number (DNNMR), estimated via23Na-NMR, and was lower than 100 mM_(elemental sulfur) in electrolytes with DNNMR < 14, regardless of the type of electrolyte. Highly concentrated electrolytes comprising lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide (LiTFSA) and linear chain dialkyl ethers such as methyl propyl ether (MPE), n-butyl methyl ether (BME), and ethyl propyl ether (EPE) were studied as sparingly solvating electrolytes for Li-S batteries. Monomethyl ethers, such as BME, showed more pronounced Li-ion coordination and higher ionic conductivity, whereas the steric hindrance of the longer alkyl chains in EPE lowered the solvation number, enhanced ion association, and lowered the ionic conductivity despite the solvents having similar dielectric constants. The charge-discharge rate capabilities of Li-S cells with dialkyl ether-based electrolytes were more impressive than those of cells with a localized high-concentration electrolyte using sulfolane (SL) and hydrofluoroether (HFE), [Li(SL)2][TFSA]-2HFE. The higher rate performance was attributed to the superior Li-ion transport properties of the dialkyl ether-based electrolytes. A pouch-type cell using lightweight [Li(BME)3][TFSA] demonstrated an energy density exceeding 300 W h kg-1 under lean electrolyte conditions.