Multiscale Structural Engineering of Sulfur/Carbon Cathodes Enables High Performance All‐Solid‐State LiS Batteries

材料科学 阴极 硫黄 石墨烯 碳纤维 电解质 化学工程 电化学 化学气相沉积 纳米技术 纳米尺度 石墨 锂硫电池 复合数 化学 电极 复合材料 工程类 物理化学 冶金
作者
Guobao Xu,Zhi‐Hao Yan,Hengyu Yang,Xuedong Zhang,Yong Su,Zhi-Kai Huang,Liqiang Zhang,Yongfu Tang,Zhenyu Wang,Lingyun Zhu,Jianguo Lin,Liwen Yang,Jianyu Huang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (30) 被引量:32
标识
DOI:10.1002/smll.202300420
摘要

Constructing all-solid-state lithium-sulfur batteries (ASSLSBs) cathodes with efficient charge transport and mechanical flexibility is challenging but critical for the practical applications of ASSLSBs. Herein, a multiscale structural engineering of sulfur/carbon composites is reported, where ultrasmall sulfur nanocrystals are homogeneously anchored on the two sides of graphene layers with strong SC bonds (denoted as S@EG) in chunky expanded graphite particles via vapor deposition method. After mixing with Li9.54 Si1.74 P1.44 S11.7 Cl0.3 (LSPSCL) solid electrolytes (SEs), the fabricated S@EG-LSPSCL cathode with interconnected "Bacon and cheese sandwich" feature can simultaneously enhance electrochemical reactivity, charge transport, and chemomechanical stability due to the synergistic atomic, nanoscopic and microscopic structural engineering. The assembled InLi/LSPSCL/S@EG-LSPSCL ASSLSBs demonstrate ultralong cycling stability over 2400 cycles with 100% capacity retention at 1 C, and a record-high areal capacity of 14.0 mAh cm-2 at a record-breaking sulfur loading of 8.9 mg cm-2 at room temperature as well as high capacities with capacity retentions of ≈100% after 600 cycles at 0 and 60 °C. Multiscale structural engineered sulfur/carbon cathode has great potential to enable high-performance ASSLSBs for energy storage applications.
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