锂硫电池质量轻、环境友好、储量丰富、价格低廉而且具有很高的理论容量和比能量密度，作为新一代储能器件引起广泛关注，然而聚硫化物穿梭效应使得该类电池循环能力和容量迅速衰减，成为了锂硫电池商业化应用的一大障碍。西班牙Michel Armand教授领导的研究团队基于双三氟甲基磺酰基氨基锂（LiTFSI）及其衍生物（LiFSI）开发了一种含有双阴离子的全固态电解质LiFTFSI应用于锂硫电池，得益于双阴离子协同增强作用，电池获得了超高电化学性能。
研究人员首先将LiTFSI、LiFSI、聚环氧乙烷（PEO）按照一定摩尔比添加到乙腈中形成双阴离子（FSI− 和 TFSI−）的全固态电解质LiFTFSI，其中阴离子FSI−有助于形成在电极材料表面形成钝化层—“固体电解质界面膜（SEI膜）”，从而减少电极和电解质的副反应，而TFSI−阴离子可以改善电解质的浸润性减少电极和电解质接触电阻。热重分析显示，双阴离子固态电解质LiFTFSI的分解温度高于200℃，即有良好的热稳定性（锂硫电池运行温度在65℃左右）。通过构建Li∣LiFTFSI∣Li对称电池并进行恒电流放电测试，结果显示电池呈现稳定的放电平台，这主要是由于电解质和电极界面形成了稳定SEI膜。接着组装了Li∣LiFTFSI∣S全电池进行恒电流充放电，通过对中间产物的观测发现，电解质中的阴离子FTFSI−和多硫聚物的反应是可逆的，且多硫聚物能够有效溶解在PEO中，这能够增强电池的循环性能。在0.05C倍率下，采用LiFTFSI电解质的电池获得了高达1392 mAh gsulfur–1的初始循环放电比容量和1.2 mAh cm–2面积比容量，相当于83.2%的理论极限容量，且经过50次循环后，电池容量基本没有衰减，库伦效率接近100%。当进一步提升倍率到0.1C时，基于LiFTFSI电解质的电池循环60次后依旧可以获得高达800 mAh gsulfur–1，容量保持率近53%，而采用传统的单阴离子电解质LiFSI电池循环60次后放电比容量仅为450 mAh gsulfur–1。由上可知，新型的双阴离子全固态电解质使得锂硫电池表现出极其优异的倍率性能和循环稳定性。
该项研究精心设计合成了双阴离子的全固态电池应用于锂硫电池中，改善了电解质和电极的界面接触同时有效地抑制多硫聚物的“穿梭效应”，显著增强了电池的倍率性能、循环稳定性和容量保持率，有助于推动锂硫电池商业化应用。相关研究成果发表在《Journal of the American Chemical Society》。
