Sulfone-assisted-NH4I as electrolyte additive with synergistic dissolution and catalysis effects on reducing the activation voltage of Li2S cathode

阴极 电解质 溶解 化学 催化作用 无机化学 硫黄 氧化还原 多硫化物 化学工程 材料科学 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Pengcheng Shi,Xin Liang,Kun Xu,Yi Sun,Sheng Cheng,Chunhua Chen,Hongfa Xiang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:398: 125608-125608 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.125608
摘要

Li2S is highly desired for high energy-density lithium sulfur batteries since it allows to be matched with Li metal-free anodes and alleviates the volume expansion of S cathode. However, Li+ extraction from Li2S usually suffers from a huge voltage barrier due to its poor electron conductivity and sluggish Li+ ion diffusion during activation. In this work, trace sulfone-assisted-NH4I is adopted as an electrolyte additive with synergistic dissolution and catalysis effects to alleviate the voltage barrier of Li2S. On one hand, the intercalation between sulfone-NH4+ and Li2S turns solid Li2S into liquid phase, which significantly speeding up the transport of electrons and Li+ ions during activation. On the other hand, I− works as a redox mediator, which further facilitates the oxidation of Li2S to polysulfides. By taking the advantages of synergistic dissolution and catalysis effects from sulfone-NH4+ and I−, the Li2S cathode can be activated at ~3.0 V with a very flat plateau. Finally, the Li2S cathode cycled in the electrolyte with optimized 0.5% sulfone-assisted-NH4I additive shows a high initial discharge capacity of 1160 mAh g−1 at 0.05C, along with enhanced cycling performances and rate capabilities.
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