Natural Lepidolite Enables Fast Polysulfide Redox for High‐Rate Lithium Sulfur Batteries

多硫化物 材料科学 氧化还原 分离器(采油) 硫黄 锂(药物) 离子 化学工程 无机化学 化学 冶金 电极 电解质 物理化学 有机化学 热力学 内分泌学 工程类 物理 医学
作者
Guangfeng Zeng,Yuanpeng Liu,Dongjiang Chen,Cheng Zhen,Yupei Han,Weidong He
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (44) 被引量:68
标识
DOI:10.1002/aenm.202102058
摘要

Abstract Lithium sulfur (Li–S) batteries possess energy capacities well beyond those of current Li‐ion technologies, but are plagued by severe diffusion loss of sulfur intermediates and sluggish sulfur reduction kinetics. Here, the design is reported of a lepidolite‐modified polypropylene (C‐Lepidolite@PP) separator to suppress polysulfide shuttling and accelerate the transformation of polysulfides. Because the electrons of S atoms transfer to the 3p antibonding orbits of Si atoms, lepidolite effectively confines polysulfides by forming strong Si–S bonds to weaken the S–S bonds of polysulfides. The ultralow lithium‐ion diffusion barrier (0.081 eV) of lepidolite allows for free lithium‐ion migration and thus significantly facilitates polysulfide conversion from liquid Li 2 S 8 to solid Li 2 S to enable fast polysulfide redox for high‐rate current operation. With the C‐Lepidolite@PP design, Li–S batteries deliver an ultrahigh rate capability of 703 mAh g −1 at 7 C and a high areal capacity of 7.53 mAh cm −2 with a sulfur loading of 6.5 mg cm −2 . Moreover, the 15‐d self‐discharge rate is reduced by ≈85% with the C‐Lepidolite@PP separator, which provides promise for the practical use of Li–S batteries.
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