锂硫电池体系通常使用过量的电解液和金属锂，这大大降低了锂硫电池的实际能量密度。无负极锂硫电池是一种高能量密度电池体系。但是没有持续的锂和电解液补充条件下，电池内部的副反应持续消耗可用的锂和电解液，无负极的电池循环寿命很短。因此，需要采用合理的措施，抑制电池的副反应，延长无负极电池的循环寿命。

文 章 简 介

该工作利用少量气相二氧化硅来调节电池内部锂离子束流，引导均匀平滑的锂沉积。同时，SiO2诱导高质量的SEI形成，抑制金属锂和电解液的副反应。贫液且无负极的锂硫电池循环性能得到较大提高。

本 文 要 点

要点一：锂离子束流对负极形貌的影响

一般情况下，电极表面并不绝对平整，且存在对流和浓度梯度。这使得锂离子束流变得非常不均匀，容易造成锂枝晶的生长。而微量SiO2引入到电解液中，锂离子会自发性吸附在其表面，并在电极/电解液界面泵动式输运锂离子，从而实现均匀锂沉积。此外，SiO2还会填补在锂坑中，达到自修复效果。得益于SiO2与TFSI阴离子的路易斯酸碱作用，锂表面形成一层富含Li3N的SEI层，抑制了金属锂和电解液的副反应。

要点二：理论计算证明自吸附过程和均匀锂离子束流

使用DFT计算电池内部的锂离子浓度梯度，结果表明：引入SiO2后，电池内部锂离子浓度梯度降低，可以迅速补充消耗的锂离子。EML电荷分布证明:SiO2和锂离子之间的连接倾向于一种类似离子键形式。DFT计算结果表明：Li+在SiO2表面的结合能更大，扩散势垒更小，有助于迅速的离子补充。

要点三：原位测试佐证理论计算结果

原位拉曼测试结果证明：在锂沉积过程中，SiO2保证电极/电解液界面离子浓度维持相对稳定；原位光学显微镜测试表明：锂在含SiO2的电解液中沉积更加致密；AFM测试结果表明：SiO2诱导更加光滑的沉积锂。这一系列测试结果与理论计算结果相吻合。

要点四：循环前后锂形貌和组分分析

沉积4 mAh cm-2的锂，0.5% SiO2引入可以诱导最均匀的锂形貌。截面上观察，锂的厚度只有26um，致密度高达77%。

XPS结果表明：SiO2可以引导富含Li3N的SEI形成。

要点五：贫液无负极锂硫扣式电池和软包锂硫电池电化学性能

SiO2引入后，贫液无负极锂硫电池循环稳定性得到较大改善，可以稳定循环200圈，容量保持率在50%。在S载量为4 mg cm-2, E/S 比为7 ul mg-1, 和 N/P比为3 的严格测试条件下，软包锂硫电池依然能稳定循环200圈。通过电池超声检测，SiO2抑制了电池内部的副反应，改善了电池的产气问题。

文 章 链 接

Low-cost Fumed Silicon Dioxide Uniform Li+ Flux for Lean-Electrolyte and Anode-free Li/S Battery