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A Solid‐Phase Conversion Sulfur Cathode with Full Capacity Utilization and Superior Cycle Stability for Lithium‐Sulfur Batteries

多硫化物 硫黄 电解质 阴极 化学工程 材料科学 碳纤维 复合数 锂(药物) 锂硫电池 无机化学 化学 电极 复合材料 冶金 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Xiangjiang Wu,Qian Zhang,Tao Guo,Yuliang Cao,Hongtao Yang,Hui Li,Xinping Ai
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (10) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/smll.202106144
摘要

Solid phase conversion sulfur cathode is an effective strategy for eliminating soluble polysulfide intermediates (LiPSs) and improving cyclability of Li-S batteries. However, realizing such a sulfur cathode with high sulfur loading and high capacity utilization is very challenging due to the insulating nature of sulfur. In this work, a strategy is proposed for fabricating solid phase conversion sulfur cathode by encapsulating sulfur in the mesoporous channels of CMK-3 carbon to form a coaxially assembled sulfur/carbon (CA-S/C) composite. Vinyl carbonate (VC) is simultaneously utilized as the electrolyte cosolvent to in-situ form a dense solid electrolyte interface (SEI) on the CA-S/C composite surface through its nucleophilic reaction with the freshly generated polysulfides at the beginning of initial discharge, thus separating the direct contact of interior sulfur with the outer electrolyte. As expected, such a CA-S/C cathode can operate in a solid phase conversion manner in the VC-ether cosolvent electrolyte to exhibit a full capacity utilization (1667 mA h g-1 , ≈100%), a high rate capability of 2.0 A g-1 and excellent long-term cyclability over 500 cycles even at a high sulfur loading (75%, based on the weight of CA-S/C composite), demonstrating great promise for constructing high-energy-density and cycle-stable Li-S batteries.
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