Sulfur-Embedded FeS2 as a High-Performance Cathode for Room Temperature All-Solid-State Lithium–Sulfur Batteries

硫黄 材料科学 阴极 电解质 化学工程 复合数 电极 锂硫电池 锂(药物) 复合材料 冶金 化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Jean Pierre Mwizerwa,Qiang Zhang,Fudong Han,Hongli Wan,Liangting Cai,Chunsheng Wang,Xiayin Yao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (16): 18519-18525 被引量:80
标识
DOI:10.1021/acsami.0c01607
摘要

All-solid-state lithium–sulfur batteries employing sulfur electrodes and a solid electrolyte at room temperature are still a great challenge owing to the low conductivities of sulfur cathodes. In this work, we report room temperature all-solid-state lithium–sulfur batteries using thin sulfur layer-embedded FeS2 (FeS2@S) microsphere composites as active materials in the FeS2@S–Li10GeP2S12-Super P cathode electrode. Setting the cut-off voltage between 1.5 and 2.8 V, only lithiation–delithiation reactions between L2FeS2 and FeSy and direct reaction between Li2S and S will occur, which avoids large volume change of FeS2 caused by the conversion reaction, leading to the structure integrity of FeS2@S. The resultant batteries exhibit excellent rate and cyclic performances, delivering specific capacities of 1120.9, 937.2, 639.7, 517.2, 361.5, and 307.0 mA h g–1 for the FeS2@S composite cathode, corresponding to the normalized capacities of 1645.5, 1252.9, 782.5, 700.2, 478.4, and 363.6 mA h g–1 for sulfur at 30, 50, 100, 500, 1000, and 5000 mA g–1, respectively. Besides, they can retain the normalized capacity of 430.7 mA h g–1 for sulfur at 1000 mA g–1 after 200 cycles at room temperature.
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