Construction of Elastic and Conductive Channels for High‐Rate and High‐Areal‐Capacity Sulfur Cathodes in All‐Solid‐State Lithium–Sulfur Batteries

硫黄 材料科学 阴极 锂(药物) 导电体 锂硫电池 固态 工程物理 化学工程 复合材料 电气工程 化学 冶金 电化学 电极 工程类 物理化学 医学 内分泌学
作者
Ruqin Ma,Yuteng Fan,Yanting Jin,Si-Yuan Pan,Haoyue Zhong,Yu Luo,Jiabao Gu,Mingzeng Luo,Yuqi Wu,Wenxuan Hu,P. Chen,Su Yu,Guojun Wu,Jiawei Yan,Jun Gao,Zhengliang Gong,Yong Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202304412
摘要

Abstract All solid‐state lithium–sulfur batteries (ASSLSBs) have attracted significant attention due to their enhanced safety and superior energy density. However, the considerable volume change during cycling poses a challenge, resulting in electrochemical‐mechanical degradation. To address this issue, polypyrrole (PPy) is coated on a nitrogen‐doped carbon nanotube (NCNT) network to exhibit suitable conductivity and compatibility with sulfide electrolyte. Functionally, PPy@NCNT provides a continuous and conductive pathway, reducing the tortuosity of charge transport. Mechanically, operando pressure measurements and atomic force microscopy (AFM) tests are conducted, demonstrating that the flexible and viscoelastic structure of PPy@NCNT can alleviate local stress. The axial pressure on the cathode can be reduced by 11% with a sulfur area capacity of 3 mg cm −2 at 30 °C. At a high areal mass loading of 4.5 mg cm −2 , a high areal capacity of 6 mAh cm −2 (1348 mAh g −1 , 1C = 1675 mA g −1 ) is achieved at 0.1C, maintaining stability over 300 cycles at 0.2C. Remarkably, it can achieve an areal capacity of over 8.8 mAh cm −2 and stable cycling even at 60 °C. This study, being the first to regulate mechano‐electrochemical action in ASSLSBs with flexible conducting polymer, highlights the significance of integrating a continuous and elastic network into solid‐state conversion‐type cathodes.
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