Dissociation–Precipitation Chemistry of Lithium Polysulfides and Its Correlation to Dynamic Evolution of Cathode–Electrolyte Interphase in Highly Solvating Electrolyte

作者
Luyi Chen,Jiawei Lai,Xiaoxian Guan,Hanqin Zou,Jingwen Liu,Lin Peng,Jian Wang,Yue‐Peng Cai,Qifeng Zheng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:137 (14) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/ange.202423046
摘要

Abstract Lithium–sulfur (Li−S) batteries has been regarded as one of the most promising next‐generation energy storage systems due to their high theoretical energy density. However, the practical application of Li−S batteries is still hindered by the unstable cathode‐electrolyte interphase and the early passivation of charge product (Li2S), leading to poor cycling stability and low S utilization. Herein, we propose an electrolyte engineering strategy using highly solvating hexamethylphosphoramide (HMPA) as a co‐solvent to elucidate the dissociation–precipitation chemistry of lithium polysulfides (LiPSs). The multimode optical spectroscopies confirm that this electrolyte engineering is able to effectively regulate the solvation of LiPSs to initiate a radical‐assisted conversion pathway and control three‐dimensional (3D) Li2S electrodeposition to boost sulfur utilization. More importantly, the dynamic evolution of cathode–electrolyte interphase, featuring with S‐/P‐containing species, is also assessed by both distribution of relaxation times technology and X‐ray photoelectron spectroscopy, which can suppress the passivation of Li2S to enhance conversion reversibility. As a proof‐of‐concept, a Li−S cell with high S loading mass of 7.75 mg cm−2 demonstrates an extremely high area capacity of 7.86 mAh cm−2 at a current density of 1.30 mA cm−2, representing a significant advancement in promoting the development of practical high‐energy‐density Li−S batteries.
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