A Conductive Molecular Framework Derived Li2S/N,P‐Codoped Carbon Cathode for Advanced Lithium–Sulfur Batteries

法拉第效率 材料科学 阳极 聚苯胺 电化学 阴极 化学工程 碳纤维 锂硫电池 电导率 电极 硫黄 无机化学 复合数 复合材料 化学 物理化学 工程类 冶金 聚合 聚合物
作者
Jun Zhang,Ye Shi,Yu Ding,Lele Peng,Wenkui Zhang,Guihua Yu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (14) 被引量:309
标识
DOI:10.1002/aenm.201602876
摘要

Li 2 S is one of the most promising cathode materials for Li‐ion batteries because of its high theoretical capacity and compatibility with Li‐metal‐free anode materials. However, the poor conductivity and electrochemical reactivity lead to low initial capacity and severe capacity decay. In this communication, a nitrogen and phosphorus codoped carbon (N,P–C) framework derived from phytic acid doped polyaniline hydrogel is designed to support Li 2 S nanoparticles as a binder‐free cathode for Li–S battery. The porous 3D architecture of N and P codoped carbon provides continuous electron pathways and hierarchically porous channels for Li ion transport. Phosphorus doping can also suppress the shuttle effect through strong interaction between sulfur and the carbon framework, resulting in high Coulombic efficiency. Meanwhile, P doping in the carbon framework plays an important role in improving the reaction kinetics, as it may help catalyze the redox reactions of sulfur species to reduce electrochemical polarization, and enhance the ionic conductivity of Li 2 S. As a result, the Li 2 S/N,P–C composite electrode delivers a stable capacity of 700 mA h g −1 with average Coulombic efficiency of 99.4% over 100 cycles at 0.1C and an areal capacity as high as 2 mA h cm −2 at 0.5C.
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