锂硫电池具有成本低廉和能量密度高等优势，但面临多硫化锂穿梭和电解液用量高等挑战。与传统的溶解—沉积反应机制不同，准固—固硫反应机制有助于解决穿梭难题，降低电极反应对电解液用量的依赖，然而准固—固机制下硫电极反应动力学缓慢，锂硫电池的循环稳定性和倍率性能较差。
基于此，北京化工大学刘亚涛副教授联合北京大学庞全全团队和邹如强团队，以环戊基甲基醚（CPME）和双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）为基础电解液，以一硫化四甲基秋兰姆（BDTS）为添加剂，设计了一种全新的锂硫电池电解液。LiTFSI-CPME为典型的弱溶剂化电解液，多硫化锂在该基础电解液中的溶解度极低，硫电极表现为准固—固反应，从源头上解决了多硫化锂的穿梭效应；同时锂溶剂化结构中存在较多的接触离子对（CIP），有助于TFSI阴离子在锂表面的还原分解，形成富含无机组分的SEI膜，抑制锂枝晶生长。
一硫化四甲基秋兰姆表现为一种相介质（phase mediator），该介质的还原产物可以与准固相的多硫化锂结合，促进多硫化锂的局部表面溶解（surface-localized solvation），提升多硫化锂的电化学活性。在该反应机制下，硫电极整体表现为准固—固反应，同时硫电极表面局部限域溶解的多硫化锂赋予硫优异的反应动力学。基于BDTS-LiTFSI-CPME电解液的锂硫电池表现出优异的循环性能和倍率特性，在16C倍率下能够释放出494 mAh/g的容量。基于“三维介孔微晶碳”硫正极材料，2.4Ah软包锂硫电池（液硫比：3 mg/mL）具有331 Wh/kg的能量密度。
电解液是影响锂硫电池性能的关键。在本工作中，研究人员提供了一种新颖的电解液设计思路，以CPME为主溶剂和LiTFSI为电解质盐，构筑了一种弱溶剂化的电解液，同时引入一硫化四甲基秋兰姆作为功能性的相介质。在该电解液中，硫电极表现为一种表面局域多硫化物溶解的准固—固反应，该策略解决了硫电极的动力学缓慢难题，显著提升了锂硫电池的电化学性能。此外，这种电解液设计思路具有普适性，一硫化四甲基秋兰姆作为相介质可以应用于其他弱溶剂化或者微溶型电解液，提升硫电极的反应动力学。
图1. 锂硫电池电解液的设计思路和工作原理
图2. 锂硫电池的电化学性能
相关论文信息：Liu, Y., An, Y., Fang, C. et al. Surface-localized phase mediation accelerates quasi-solid-state reaction kinetics in sulfur batteries. Nat. Chem. 17, 614–623 (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01735-w。
刘亚涛，北京化工大学化学工程学院副教授（卢云峰教授团队），长期致力于锂-硫电池、锂离子电池、钠离子电池的研究，在Nature chemistry、Joule（2篇）、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Science等期刊累计发表论文近30篇，现任Exploration、Energy & Environmental Materials、Carbon Neutralization期刊的青年编委，欢迎应届研究生加入团队。联系邮箱：liuyatao@buct.edu.cn.
