Synergetic effects of Fe N C and LiFePO4 in modified separator on improved adsorption and catalytic conversion reaction of soluble LiPSs for Lithium-sulfur batteries

分离器(采油) 吸附 聚偏氟乙烯 催化作用 硫黄 电化学 化学 化学工程 聚丙烯 材料科学 电极 有机化学 复合材料 聚合物 物理化学 工程类 热力学 物理 冶金
作者
Zehao Shi,Tiancheng Wang,Zeyuan Shi,Shengrui Cui,Zengqi Zhang,Wei Liu,Yongcheng Jin
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:457: 141264-141264 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.141264
摘要

“Shuttle effect” is a serious obstacle in the development of high-performance lithium-sulfur batteries and modified separator is considered an effective strategy to prevent the shuttle effect of soluble polysulfides (LiPSs). Herein, we demonstrate a modified polypropylene (PP) separator composed of nitrogen-doped carbon coated LiFePO4 (NC-LFP), Ketjen black carbon (KB) and polyvinylidene fluoride (PVDF) (NC-LFP interlayer), which can improve adsorption and catalytic conversion toward LiPSs. The analysis shows that NC-LFP interlayer could effectively adsorb LiPSs and therefore suppress its shuttle effects due to the FeNC functional groups in the nitrogen-doped carbon coated on LFP polar particles. The DFT analysis and the electrochemical performance test demonstrate the FeNC functional groups in NC-LFP interlayer provide lower activation barrier for catalytic conversion reaction of LiPSs to Li2S and vice versa. The coin cells with NC-LFP modified separator exhibit an initial discharge specific capacity of 907 mAh/g at 1C. After 500 cycles, the specific capacity is 702 mAh/g with a retention rate of 79.5 %. Moreover, at 8C rate, the discharge-specific capacity of 667.5 mAh/g is achieved. The use of NC-LFP interlayer modified separators realizes lithium-sulfur batteries with long-cycle life and high-rate performance, providing an emerging strategy for high-performance Li-S batteries.
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