鋰金屬電池（Lithium metal batteries，簡稱 LMBs）被視為能源儲存領域的一個重要進展。相較於目前廣泛使用的鋰離子電池，鋰金屬電池能夠儲存更多的能量，因此成為未來各種設備、電動車及可再生能源系統的理想選擇。然而，儘管其潛力巨大，鋰金屬電池仍然面臨著一些重大挑戰，這些挑戰使其難以實現大規模的商業化應用。
主要問題出現在鋰金屬陽極上，這些陽極常常會遭遇不穩定的化學反應，導致危險的鋰樹枝在電池內部生長，從而降低電池的安全性並縮短其使用壽命。在電池中廣泛使用的傳統酯基電解液，往往會使這些問題更為嚴重，因為它們容易產生不穩定的電極界面。這使得研究人員必須尋找新的解決方案，以克服這些挑戰並實現鋰金屬電池的商業化。
來自中國東南大學的研究人員最近開發出了一種新型的解決方案。他們的研究引入了一種名為1,3-二硫烷（1,3-dithiane）的新型電解液添加劑。這種基於硫醚的化合物展示了重塑電極界面的能力，並能顯著延長電池的使用壽命。1,3-二硫烷在與鋰表面互動時，其分子結構能夠促使一種名為極性反轉的化學過程發生。在這一過程中，1,3-二硫烷與鋰化合物反應，形成一種中間體，最終在電極上形成富含硫的保護層。
這層保護層在電池中扮演著至關重要的角色。它能將不穩定的有機成分轉化為更穩定的基於硫的無機化合物，同時還能保護電解液中的碳酸酯溶劑免受有害化學攻擊。最終，這樣的改進使得固態電解質界面（SEI）變得更加可靠，這對於延長電池的使用壽命和保持安全性至關重要。通過穩定SEI，這種添加劑能有效抑制鋰樹枝的生長，並減緩電池容量的損失，這一化學轉變標誌著研究人員在解決不穩定鋰金屬陽極問題方面的一次突破。
1,3-二硫烷的第二個機制在於其優化電池系統的動力學和熱力學能力。這種添加劑具有強大的氧化還原性能和優先吸附行為，使其能在電極上形成一種動態且穩定的界面。另一個關鍵的優勢是PF6–陰離子在膜形成中的參與，這些陰離子幫助建立一個富含無機材料並具有高離子導電性的界面。簡單來說，鋰離子能更輕鬆地通過界面移動，從而減少電阻並提高電池的整體效率。這樣的改進對於電動車等應用至關重要，因為在重複的充放電循環中能保持強勁的性能是極為重要的。
在研究中最引人注目的發現之一是這種添加劑中異常高的硫含量。1,3-二硫烷的硫含量高達53.5%，幾乎是傳統硫添加劑的兩倍。這一高硫濃度使得該添加劑在少量使用時便能極為有效地穩定電極界面，這意味著製造商在不大幅改變生產方法或成本的情況下，顯著提高了電池的性能。此外，研究團隊強調這一策略具有成本效益和普遍適用性，開發穩定且富含無機材料的界面，與低成本添加劑的結合，或許能使高能量鋰金屬電池在大規模應用中變得現實。此項發現也得到了中國國家重點研發計劃和國家自然科學基金等主要機構的認可和支持，顯示出其潛在的應用價值。該研究成果已發表於《國家科學評論》期刊。
