Delithiation-driven topotactic reaction endows superior cycling performances for high-energy-density FeS (1 ≤ x ≤ 1.14) cathodes

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作者
Jian Zou,Keguo Yuan,Jun Zhao,Bojun Wang,Shiying Chen,Jianyu Huang,Hong Li,Xiaobin Niu,Liping Wang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:43: 579-584 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.09.036
摘要

Conversion-type materials are promising high-energy-density lithium metal battery cathodes. However, they suffer from severe capacity decay and poor cycling performance due to phase transformations. In this study, we report a topotactic reaction to overcome this issue. A series of transition metal monosulfides (MSs = TiS, VS, CrS, MnS, FeS, CoS, NiS, and CuS) are synthesized. FeS is found to be fully reversible between Fe and Li2S. Delithiation on the Li2S|Fe heterojunction creates a new FeS phase via a topotatic reaction, enabling FeS to undergo a complete reaction. FeS demonstrates a capacity retention of 82% after 700 cycles at 1C in the voltage window of 1.0−3.0 V, remaining 407 mAh g−1. A pouch cell using Fe7S8 (FeSx, x = 1.14) as the cathode is found to exhibit a superior gravimetric energy density of 389 Wh kg−1. These findings highlight the importance of structural continuity to guide good cycling stabilities for conversion-type cathodes.
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