Small Structures:原位拉曼技术在锂硫电池中的应用

锂硫电池因其极高的能量密度以及对环境友好的特点,具有广阔的市场空间,受到学术界和工业界的广泛关注。由于锂硫电池基于“固-液-固”多步硫化物转变过程,其电化学反应机制相比于传统锂离子电池更为复杂,因此,需要借助更加精密且实时的表征手段对其反应机理进行深入的研究。原位拉曼技术,作为一种有效的原位观测手段,可以实时分析锂硫电池在运行过程中各种成分的演变,在研究多硫化物溶解和转化路径、观测锂离子沉积、探究锂枝晶生长等方面作用巨大,为锂硫电池的实际应用提供理论与实验支持。

电子科技大学熊杰教授团队系统综述了原位拉曼技术在锂硫电池中的应用。阐述了如何通过原位拉曼技术揭示锂硫电池的反应机制,进而优化电池的结构设计。文章系统分析了原位拉曼技术的设计思路和优势,着重介绍了原位拉曼在系统分析硫正极侧电化学反应过程、电催化效果、多硫化物吸附等方面的独特优势与最新进展。

作者首先介绍了原位拉曼在锂硫电池中的应用背景,分析了传统非原位表征技术的局限性,进而介绍了原位拉曼技术在锂硫电池中的独特优势与地位。文章全面总结了原位拉曼在锂硫电池中的应用,包括通过将原位拉曼分析技术与第一性原理计算结合,确认锂的多硫化物的成分、分析在不同电解液中锂的多硫化物的演变过程、探究碳纳米管封装的一维硫链 (SWNT)以及有机硫(OPNS、3DHG/PS、S-cPAN)的充放电机制。文章详细综述了原位拉曼探测技术在解释Fe单原子催化、N掺杂、CoIn2S4LiNO3、MMT添加剂在提高锂硫电池性能,提高锂离子局部浓度方面的作用。文章全面系统地综述了原位拉曼技术的研究方法,总结了原位拉曼技术应用于锂硫电池的优势以及代表性研究成果。展望了原位拉曼技术未来的发展方向,包括将原位拉曼技术与其他的原位表征技术相结合,从多个角度对锂硫电池的反应机制进行验证;将原位拉曼技术用于软包尺度的大容量锂硫电池,检测电芯内部的均一性;引入增强拉曼技术,提高原位拉曼技术的灵敏性等。

论文信息:

In-situ/operando Raman Techniques in Lithium-Sulfur batteries

Lanxin Xue, Yaoyao Li, Anjun Hu, Mingjie Zhou, Wei Chen, Tianyu Lei, Yichao Yan, Jianwen Huang, Chengtao Yang*, Xianfu Wang, Yin Hu*, Jie Xiong*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100170

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sstr.202100170