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锂硫电池凭借着高的理论能量密度、硫的高丰度,成为极具发展潜力的下一代二次锂电池。然而其大规模使用却受到循环寿命、安全性等的限制。(1)常见锂硫电池用电解液易燃而且闪点低,使得电池体系运行中存在潜在的安全危害;(2)锂金属在沉积溶出过程中会产生枝晶,与电解液之间的不断的界面反应使得库伦效率较低;(3)硫正极界面的不稳定性使得电化学性能较快的衰减。本文从电解液着手,兼顾安全性能和电化学性能的协同提升。具体内容和实验成果如下:(1)首次使用磷酸三乙酯(TEP)作为锂硫电池电解液的主溶剂,通过优化锂盐和共溶剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)的比例,获得了一种本征安全电解液。可知锂盐为Li BOB,FEC的体积比为30%时,综合性能最佳。不同于以往的阻燃添加剂,TEP为主溶剂,能够保证电池全周期的安全运行,而且与S@p PAN正极匹配时,1C倍率下循环500圈之后的容量保持率为91.3%,表现出较好的电化学稳定性。(2)设计了一种局部高盐浓度电解液体系,并测试了其在极端条件(高温和高硫含量正极)下的电化学性能。由于锂盐Li FSI与TEP的络合,电解液中不再存在自由的溶剂分子;共溶剂氢氟醚TTE不仅降低黏度,而且对高盐浓度体系进行稀释时不破坏其内部的络合结构。该电解液的优势可以总结为:1)体系中的溶剂均为高闪点的阻燃溶剂,能够全周期地保证电池的安全;2)形成的界面保证了高的沉积溶出效率(99%以上)和微米级别致密无枝晶的形貌;3)该电解液体系保证在高温下锂硫电池稳定的循环,可逆容量为840.1 m Ah g-1,此时硫利用率为95.6%。总之,该体系充分利用了电解液各组分的优势,实现了安全特性和电化学性能协同提升的效果。(3)设计了一种适用于Li/S@p PAN的兼容性电解液,并测试了与高载量正极匹配时的电化学性能。FEC能够在锂负极表面形成稳定的界面膜,该SEI膜以聚碳酸酯和Li F为主导,电流密度为1 m A cm-2下,锂对称电池能够稳定循环超过2000小时而无过电位的增加;而且FEC在正极形成的界面膜能够容纳一定的体积膨胀,从而减少硫与电解液的界面副反应。锂硫电池在6C下能够稳定循环超过4000圈,容量保持率为91%。在高载量锂硫电池中,S@p PAN正极仍表现出较好的兼容性,表现出7.7 m Ah cm-2的可逆面容量,而且过程中锂负极在深度放电中仍表现出无枝晶的均匀沉积。