A composite cathode with a three-dimensional ion/electron-conducting structure for all-solid-state lithium–sulfur batteries

阴极 锂(药物) 离子 复合数 电子 固态 材料科学 硫黄 原子物理学 化学 物理 物理化学 复合材料 有机化学 冶金 核物理学 心理学 精神科
作者
Peilu Jiang,Huangkai Zhou,S. N. Song,Kota Suzuki,K. Watanabe,Yumi Yamaguchi,Naoki Matsui,Satoshi Hori,Ryoji Kanno,Masaaki Hirayama
出处
期刊:Communications materials [Nature Portfolio]
卷期号:5 (1)
标识
DOI:10.1038/s43246-024-00537-w
摘要

Abstract All-solid-state lithium–sulfur batteries exhibit high energy densities, operate safely, and suppress polysulfide shuttling. However, their electrochemical performance is restricted by the insulating nature of sulfur and Li 2 S, and by severe cathode-related volumetric changes during cycling. Here, we prepare a Li 2 S-based cathode composite with high mixed-conductivity and stability, by infiltrating a Li 2 S–LiI active material solution into a mesoporous carbon replica with ~10-nm-sized pores, followed by mixing with a liquid-phase-synthesized Li 6 PS 5 Br solid electrolyte and vapour-grown carbon fibres. Benefiting from a mechanically reinforced, three-dimensional ion/electron-conducting structure, the cathode exhibits high discharge capacity (1009 mAh g −1 , 20 cycles, 298 K, 0.05 C) and high reversible capacity (650 mAh g −1 , 100 cycles, 298 K, 0.1 C). These findings underscore the feasibility of developing high-performance all-solid-state lithium-sulfur batteries by designing three-dimensional mixed-conducting mechanically robust cathodes.
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