研究背景
随着对高能量密度储能设备的需求日益增长，锂金属负极凭借其超高理论比容量和极低的还原电位成为极具潜力的候选材料。然而，锂金属负极的实际应用仍受制于严重的活性锂损耗与锂枝晶生长问题，导致库仑效率低、循环寿命短，甚至引发安全隐患。目前，改善锂金属电池性能的研究主要集中在电解液设计上，其中功能添加剂的引入被视为最经济且有效的策略之一。
研究简介
因此，东南大学吴宇平、汪涛，南京工业大学刘丽丽等人提出采用一种结构简单的多功能含硫添加剂二乙基硫醚，通过其在电极界面的优先分解行为，同步构建富含Li₂S的稳定SEI与CEI。该添加剂不仅能提升锂离子传输动力学、增强界面稳定性，还可通过促进锂离子脱溶剂化过程显著改善界面反应动力学。
该成果以“Diethyl Sulfide as a Multifunctional Electrolyte Additive for Enhancing Electrochemical Performance of Lithium Metal Batteries”为题发表在Adv. Funct. Mater.上。
研究内容
二乙基硫醚因具有较低的最低未占分子轨道能级，优先在锂金属表面还原分解，形成以Li₂S为主导的SEI层。该界面层具有优异的离子传导性与电子绝缘性，能有效抑制锂枝晶生长，实现致密均匀的锂沉积。实验表明，使用含2.0vol.%二乙基硫醚的电解液，锂对称电池可稳定循环超过800h，锂铜电池的平均库仑效率提升至98.2%。
添加剂在正极侧通过较高的最高占据分子轨道能级优先氧化分解，形成富含Li₂S/Li₂SO₃的CEI层。该界面层能有效抑制NCM811正极的结构相变与过渡金属离子溶出，从而显著提升正极在高电压下的结构稳定性。非原位表征证实，使用改性电解液后，正极中Ni³⁺比例提高，过渡金属溶解量大幅降低。
二乙基硫醚的引入不影响锂离子溶剂化结构，但其分解产物S²⁻能够降低锂离子脱溶剂化能垒，从而显著提升界面离子传输速率。-10°C低温循环测试表明，改性电解液能维持良好的离子电导与界面反应活性，使电池在苛刻条件下仍具备优异的循环稳定性。
在Li||LiFePO₄与Li||NCM811全电池中，含二乙基硫醚的电解液表现出卓越的长循环性能与倍率特性。尤其是1Ah级软包电池在0.1C下循环200次后容量保持率高达98.75%。高负载正极（20mgcm⁻²）与高温（60°C）循环测试进一步证明了该添加剂在实际应用场景中的潜力。
图1. 二乙基硫醚作为多功能添加剂的作用机理示意图。
图2. 电解液中锂沉积/剥离的可逆性研究。(a) Li||Cu电池经改进Aurbach测试得到的锂沉积/剥离库仑效率。(b) Li||Li对称电池在1小时充/放电时长下的倍率性能。(c) Li||Li对称电池在1.0 mA cm⁻²与1.0 mAh cm⁻²条件下的循环性能。(d) 循环性能局部放大图。(e) Li||Li对称电池的原位阻抗测试。(f) Li||Li对称电池的原位光学显微镜观测。(g) Li||Li对称电池的塔菲尔曲线测试。
图3. 二乙基硫醚在锂金属负极中的作用及机理。(a) 电解液溶剂与溶质的分子轨道及其对应的LUMO能级；插图展示Li||LFP电池中LBE与LBE-DS的CV曲线。(b) 二乙基硫醚及溶剂分子在Li(100)表面的吸附构型与吸附能。(c) 循环后负极的S 2p芯能级XPS谱图。(d) 不同SEI中Li⁺扩散路径的理论计算。(e) 电化学石英晶体微天平实验装置示意图。(f) 基于EQCM分析的LBE与LBE-DS负极质量随时间变化曲线。(g) 循环后锂金属负极（100周）的SEM图像。(h) 锂沉积表面（LBE-DS体系）的EDS元素分布图。
图4. 二乙基硫醚在锂金属电池正极中的作用机理研究。(a) 电解液溶剂与溶质的分子轨道及其对应的HOMO能级；插图展示Li||NCM811电池中LBE与LBE-DS的LSV曲线。(b) 二乙基硫醚及溶剂分子在NCM811表面的吸附构型与吸附能。(c) 循环后正极的Ni 2p₃/₂芯能级XPS谱图。(d) LBE电解液中NCM811正极在2.5–4.5V电压范围内的原位XRD分析。(e) LBE-DS电解液中NCM811正极在2.5–4.5V电压范围内的原位XRD分析。(f) 循环50周后NCM811正极的TEM图像（标尺10nm）。(g) 循环100周后NCM811正极的TEM图像（标尺3nm）。(h) 循环100周后NCM811正极的TEM图像（标尺1nm）。
图5. 二乙基硫醚在电解液中的作用机理。(a) LBE电解液在10 mV电压偏置下的计时电流响应；插图为LBE直流极化前后的电化学阻抗谱结果。(b) LBE-DS电解液在10 mV电压偏置下的计时电流响应；插图为LBE-DS直流极化前后的电化学阻抗谱结果。(c) 含LBE电解液的Li||NCM811电池原位拉曼光谱等高线图。(d) 含LBE-DS电解液的Li||NCM811电池原位拉曼光谱等高线图。(e) Li⁺在LBE与LBE-DS体系中的脱溶剂化模型与能垒。(f) 采用LBE/LBE-DS电解液的Li||LFP全电池在-10°C低温环境下的循环性能。
图6. Li||LFP与Li||NCM811电池的电化学性能。(a) Li||LFP电池的长循环性能。(b) 近期报道工作与本工作中Li||LFP电池循环性能对比。(c) 电池在N/P比为5.26条件下的长循环性能。(d) Li||LFP电池的倍率性能。(e) 扫描速率从0.1至0.5mVs⁻¹变化的多扫速CV曲线。(f) 组装软包电池实物图。(g) 软包电池长循环性能。(h) Li||NCM811电池长循环性能。(i) 近期报道工作与本工作中Li||NCM811电池循环性能对比。
文献链接：
Diethyl Sulfide as a Multifunctional Electrolyte Additive for Enhancing Electrochemical Performance of Lithium Metal Batteries.
https://doi.org/10.1002/adfm.202529688.
