From Metal–Organic Framework to Li2S@C–Co–N Nanoporous Architecture: A High-Capacity Cathode for Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Jiarui He,Yuanfu Chen,Weiqiang Lv,Kechun Wen,Chen Xu,Wanli Zhang,Yanrong Li,Qin Wu,Weidong He
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:10 (12): 10981-10987 被引量:288
标识
DOI:10.1021/acsnano.6b05696
摘要

Owing to the high theoretical specific capacity (1166 mAh g–1), lithium sulfide (Li2S) has been considered as a promising cathode material for Li–S batteries. However, the polysulfide dissolution and low electronic conductivity of Li2S limit its further application in next-generation Li–S batteries. In this report, a nanoporous Li2S@C–Co–N cathode is synthesized by liquid infiltration–evaporation of ultrafine Li2S nanoparticles into graphitic carbon co-doped with cobalt and nitrogen (C–Co–N) derived from metal–organic frameworks. The obtained Li2S@C–Co–N architecture remarkably immobilizes Li2S within the cathode structure through physical and chemical molecular interactions. Owing to the synergistic interactions between C–Co–N and Li2S nanoparticles, the Li2S@C–Co–N composite delivers a reversible capacity of 1155.3 (99.1% of theoretical value) at the initial cycle and 929.6 mAh g–1 after 300 cycles, with nearly 100% Coulombic efficiency and a capacity fading of 0.06% per cycle. It exhibits excellent rate capacities of 950.6, 898.8, and 604.1 mAh g–1 at 1C, 2C, and 4C, respectively. Such a cathode structure is promising for practical applications in high-performance Li–S batteries.
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