Stabilized Li-S batteries with anti-solvent-tamed quasi-solid-state reaction

多硫化物 电解质 溶解 化学 硫黄 阴极 化学工程 溶剂 无机化学 溶解度 电池(电) 材料科学 有机化学 物理化学 电极 工程类 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Yatao Liu,Linhan Xu,Yongquan Yu,Mengxue He,Han Zhang,Yanqun Tang,Feng Xiong,Song Gao,Aijun Li,Jianhui Wang,Shenzhen Xu,Doron Aurbach,Ruqiang Zou,Quanquan Pang
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:7 (9): 2074-2091 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.joule.2023.07.013
摘要

The transition from dissolution-precipitation to quasi-solid-state sulfur reaction promises restricted polysulfide shuttle and lean electrolyte operation of Li-S batteries but incurs poor reaction kinetics. We here demonstrate that structural reorganization of sparingly solvating electrolytes (SSEs)—which is uniquely afforded by using low-density and low-cost aromatic anti-solvents—is vital for taming the quasi-solid-state sulfur reaction. Aromatic anti-solvents disrupt the interconnected structure of concentrated tetrahydrofuran (THF) electrolyte, uniquely creating subdomains that act to dissolve elemental sulfur, thus accelerating its consumption and re-formation while maintaining ultralow polysulfides solubility. The altered subdomains further result in robust solid electrolyte interphase (SEI) on lithium metal. As a result, the Li-S cell with a 3 mgsulfur cm−2 sulfur cathode can cycle steadily for ∼160 cycles with a lean electrolyte of 5 μL mgsulfur−1. Our work provides new insights into fine-tuning the electrolyte microstructure through solvent innovations for developing sulfur-based batteries that are high energy, cheap, and durable.
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