Engineering a light-weight, thin and dual-functional interlayer as “polysulfides sieve” capable of synergistic adsorption for high-performance lithium-sulfur batteries

材料科学 化学工程 分离器(采油) 阴极 硫黄 吸附 纳米技术 复合材料 化学 有机化学 工程类 物理 物理化学 冶金 热力学
作者
Zhaoxu Guang,Ying Huang,Chen Chen,Xudong Liu,Zhipeng Xu,Wenjie Dou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:383: 123163-123163 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.cej.2019.123163
摘要

The modification of commercial separator, as one of the most promising methods to alleviate the “shuttle effect” of lithium polysulfides for high-performance lithium-sulfur batteries (LSBs), has rarely employed well-dispersed non-bulk materials with well-defined nanostructures to fabricate modified interlayer from the previous reports. Herein, adopting [email protected] core-shell nanocrystals derived double-shelled hollow N-doped porous carbon polyhedrons (DSxHNC) as the main component, ketjen black (KB) as the conductive modifier and structural filler, and hydrogen as the shell tailor, a potent polysulfides barrier is developed to inhibit LiPSs shuttling by forming light-weight, thin and dual-functional interlayer onto commercialized polypropylene separator (PPS) via simple doctor blade coating with negative-pressure infiltration. This method well addresses the uneven accumulation and easy exfoliation of DSxHNC, and simultaneously optimizes the densification of interlayer. Owing to the physically/chemically synergistic adsorption toward LiPSs, the cell using DS145HNC/[email protected] with an interlayer of 8.43 μm (thickness) and 0.4864 mg cm−2 (mass loading) delivers prominent cycling life with a capacity degradation of 0.067% per cycle (500 cycles) at 1 C based on low sulfur content (1.0 mg cm−2) cathode and a high capacity retention of 80% (100 cycles) at 0.2 C based on high sulfur content (3.1 mg cm−2) cathode, separately. This work shares a novel strategy for the synthesis of light-weight, thin and dual-functional interlayer onto PPS for high-performance LSBs.
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