Fluorinated co-solvent promises Li-S batteries under lean-electrolyte conditions

法拉第效率 电解质 阳极 阴极 化学工程 材料科学 锂(药物) 溶剂 电化学 无机化学 电极 化学 有机化学 物理化学 工程类 医学 内分泌学
作者
Woochul Shin,Liangdong Zhu,Heng Jiang,William F. Stickle,Chong Fang,Cong Liu,Jun Lü,Xiulei Ji
出处
期刊:Materials Today [Elsevier BV]
卷期号:40: 63-71 被引量:88
标识
DOI:10.1016/j.mattod.2020.06.007
摘要

Practical lithium-sulfur batteries stipulate the use of a lean-electrolyte and a high Coulombic efficiency of the lithium metal anode. Herein, we employ 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,2-trifluoroethyl ether as a co-solvent in the electrolyte of Li-S batteries to meet the demands. The co-solvent fosters the formation of a LiF-rich solid electrolyte interphase on lithium metal anode, as revealed by Ab initio molecular dynamics and Femtosecond Stimulated Raman spectroscopy. The co-solvent results in an average Coulombic efficiency of 99.4% for lithium plating/stripping cycles. Full cells with a capacity ratio of 2 between lithium anode and the [email protected] cathode (3 mgs cm−2) exhibited a stable cycle life over 100 cycles at an electrolyte/sulfur ratio of 2 µL mg−1, validating the high Coulombic efficiency of the lithium anode and demonstrating the compatibility of the electrolyte with both electrodes. To enhance the energy density, we prepared a hybrid cathode composed of 45 wt.% VS2 mixed with ZnS-coated Li2[email protected] as the cathode. Based on the mass of both electrodes and the electrolyte, the full cell delivers an energy density of 483 Wh kg−1, which demonstrates viable Li-S batteries with the lean-electrolyte.
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