Solid‐State Lithium/Selenium–Sulfur Chemistry Enabled via a Robust Solid‐Electrolyte Interphase

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作者
Gui‐Liang Xu,Hui Sun,Chao Luo,Luis Estevez,Minghao Zhuang,Han Gao,Rachid Amine,Hao Wang,Xiaoyi Zhang,Cheng‐Jun Sun,Yuzi Liu,Yang Ren,Steve M. Heald,Chunsheng Wang,Zonghai Chen,Khalil Amine
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (2) 被引量:82
标识
DOI:10.1002/aenm.201802235
摘要

Abstract Lithium/selenium‐sulfur batteries have recently received considerable attention due to their relatively high specific capacities and high electronic conductivity. Different from the traditional encapsulation strategy for suppressing the shuttle effect, an alternative approach to directly bypass polysulfide/polyselenide formation via rational solid‐electrolyte interphase (SEI) design is demonstrated. It is found that the robust SEI layer that in situ forms during charge/discharge via interplay between rational cathode design and optimal electrolytes could enable solid‐state (de)lithiation chemistry for selenium‐sulfur cathodes. Hence, Se‐doped S 22.2 Se/Ketjenblack cathodes can attain a high reversible capacity with minimal shuttle effects during long‐term and high rate cycling. Moreover, the underlying solid‐state (de)lithiation mechanism, as evidenced by in situ 7 Li NMR and in operando synchrotron X‐ray probes, further extends the optimal sulfur confinement pore size to large mesopores and even macropores that have been long considered as inferior sulfur or selenium host materials, which play a crucial role in developing high volumetric energy density batteries. It is expected that the findings in this study will ignite more efforts to tailor the compositional/structure characteristics of the SEI layers and the related ionic transport across the interface by electrode structure, electrolyte solvent, and electrolyte additive screening.
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