Achieving High‐Performance Lithium–Sulfur Batteries by Modulating Li+ Desolvation Barrier with Liquid Crystal Polymers

材料科学 锂(药物) 化学工程 硫黄 Crystal(编程语言) 聚合物 纳米技术 无机化学 化学 复合材料 程序设计语言 计算机科学 工程类 医学 冶金 内分泌学
作者
Xiang Miao,Chenxi Song,Weisheng Hu,Yaoyu Ren,Yang Shen,Ce‐Wen Nan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (29): e2401473-e2401473 被引量:45
标识
DOI:10.1002/adma.202401473
摘要

Abstract Lithium–sulfur (Li–S) batteries offer high theoretical capacity but are hindered by poor rate capability and cycling stability due to sluggish Li 2 S precipitation kinetics. Here a sulfonate‐group‐rich liquid crystal polymer (poly‐2,2′‐disulfonyl‐4,4′‐benzidine terephthalamide, PBDT) is designed and fabricated to accelerate Li 2 S precipitation by promoting the desolvation of Li + from electrolyte. PBDT‐modified separators are employed to assemble Li–S batteries, which deliver a remarkable rate capacity (761 mAh g −1 at 4 C) and cycling stability (500 cycles with an average decay rate of 0.088% per cycle at 0.5 C). A PBDT‐based pouch cell even delivers an exceptional capacity of ≈1400 mAh g −1 and an areal capacity of ≈11 mAh cm −2 under lean‐electrolyte and high‐sulfur‐loading condition, demonstrating promise for practical applications. Results of Raman spectra, molecular dynamic (MD) and density functional theory (DFT) calculations reveal that the abundant anionic sulfonate groups of PBDT aid in Li + desolvation by attenuating Li + ‐solvent interactions and lowering the desolvation energy barrier. Plus, the polysulfide adsorption/catalysis is also excluded via electrostatic repulsion. This work elucidates the critical impact of Li + desolvation on Li–S batteries and provides a new design direction for advanced Li–S batteries.
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