Modulating Electron Conducting Properties at Lithium Anode Interfaces for Durable Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Qi Jin,Kaixin Zhao,Jiahui Wang,Junpeng Xiao,Lili Wu,Xue‐Qiang Zhang,Long Kong,Li Lü,Huiqing Lu,Ying Xie,Wenjie Li,Xitian Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (48): 53850-53859 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acsami.2c16362
摘要

The lithium (Li) ion and electron diffusion behaviors across the actual solid electrolyte interphase (SEI) play a critical role in regulating the Li nucleation and growth and improving the performance of lithium-sulfur (Li-S) batteries. To date, a number of researchers have pursued an SEI with high Li-ion conductivity while ignoring the Li dendrite growth caused by electron tunneling in the SEI. Herein, an artificial anti-electron tunneling layer with enriched lithium fluoride (LiF) and sodium fluoride (NaF) nanocrystals is constructed using a facile solution-soaking method. As evidenced theoretically and experimentally, the LiF/NaF artificial SEI exhibits an outstanding electron-blocking capability that can reduce electron tunneling, resulting in dendrite-free and dense Li deposition beneath the SEI, even with an ultrahigh areal capacity. In addition, the artificial anti-electron tunneling layer exhibits improved ionic conductivity and mechanical strength, compared to those of routine SEI. The symmetric cells with protected Li electrodes achieve a stable cycling of 1500 h. The LiF/NaF artificial SEI endows the Li-S full cells with long-term cyclability under conditions of high sulfur loading, lean electrolyte, and limited Li excess. This study provides a perspective on the design of the SEI for highly safe and practical Li-S batteries.
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