Highly Solvating Electrolytes with Core‐Shell Solvation Structure for Lean‐Electrolyte Lithium‐Sulfur Batteries

电解质 溶剂化 锂(药物) 硫黄 化学 芯(光纤) 材料科学 无机化学 化学工程 有机化学 离子 物理化学 电极 心理学 工程类 复合材料 精神科
作者
Mengxue He,Lujun Zhu,Yatao Liu,Yongfeng Jia,Yizhou Hao,Guo Ye,Xufeng Hong,Zhitong Xiao,Yue Ma,Jianhao Chen,Muhammad Burhan Shafqat,Quanquan Pang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:11
标识
DOI:10.1002/anie.202415053
摘要

Abstract The practical energy density of lithium‐sulfur batteries is limited by the low sulfur utilization at lean electrolyte conditions. The highly solvating electrolytes (HSEs) promise to address the issue at harsh conditions, but the conflicting challenges of long‐term stability of radical‐mediated sulfur redox reactions (SRR) and the poor stability with lithium metal anode (LMA) have dimmed the efforts. We now present a unique core–shell solvation structured HSE formulated with classical ether‐based solvents and phosphoramide co‐solvent. The unique core–shell solvation structure features confinement of the phosphoramide in the first solvation shell, which prohibits severe contact reactions with LMA and endows prolonged stability for [S 3 ]⋅ − radical, favoring a rapid radical‐mediated solution‐based SRR. The cell with the proposed electrolyte showing a high capacity of 864 mAh g sulfur −1 under high sulfur loading of 5.5 mg sulfur cm −2 and low E/S ratio of 4 μL mg sulfur −1 . The strategy further enables steady cycling of a 2.71‐A h pouch cell with a high specific energy of 307 W h kg −1 . Our work highlights the fundamental chemical concept of tuning the solvation structure to simultaneously tame the SRR and LMA stability for metal‐sulfur batteries wherein the electrode reactions are heavily coupled with electrolyte chemistry.
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