Low Concentration Electrolyte Enabling Anti‐Clustering of Lithium Polysulfides and 3D‐Growth of Li2S for Low Temperature Li–S Conversion Chemistry

电解质 材料科学 成核 阳极 介电谱 电化学 锂(药物) 化学工程 硫黄 无机化学 电极 物理化学 化学 冶金 有机化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Zengqiang Guan,Xuanfeng Chen,Fulu Chu,Rongyu Deng,Sisi Wang,Jiamin Liu,Feixiang Wu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (45) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/aenm.202302850
摘要

Abstract The development of low‐temperature lithium–sulfur batteries (LSB) has been suppressed by rather poor sulfur utilization and cycle performance, caused by planar Li 2 S growth, hindered lithium polysulfides (LiPSs) transformation, and poor stability of the anode. Recently, low‐concentration electrolytes (LCE) have been employed as promising solutions to solve the above issues. However, aggregation and deposition behavior of polysulfides have been rarely studied. In this work, by comparing the performance of 0.1 and 1 m LiFSI electrolytes, LCEs are proven beneficial for low‐temperature LSBs via new fundamental insights. According to growth pattern analyses by both morphology observation and theoretical models, Li 2 S nucleation in LCEs switch into progressive mode with less initial nuclei, which favors the vertical growth of Li 2 S, resulting in a more complete lithium–sulfur conversion reaction under cold conditions. Through visual experiments, computational simulation, and progressive electrochemical impedance spectroscopy, the ability of LCEs to suppress LiPSs clustering is supported and this anti‐clustering ability effectively enhances the Li–S conversion reaction kinetics. Moreover, in LCEs a protective SEI with LiF and Li 2 S/Li 2 S 2 is likely to form on and stabilize the anode. As a whole, the boosting effect and the mechanism of LCEs enlighten future designs on low‐temperature electrolytes for high‐performance cryogenic LSBs.
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