Lithium Thiostannate Molecular Mediator Enables Interfacial Electronic Reconstruction for Low‐Barrier Li 2 S Chemistry

阴极 材料科学 电解质 氧化还原 化学物理 锂(药物) 硫黄 离子电导率 离子键合 二极管 化学工程 再分配(选举) 纳米技术 多硫化物 原子轨道 电导率 离子 原位 溶解 物理化学 工作(物理) 无机化学 分子轨道 电子结构
作者
Sheng Liu,Wei Chen,Shuying Wang,Jun Chen,Yin Hu,Dongjiang Chen,Tianyu Lei,Peng Li,Yichao Yan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (78)
标识
DOI:10.1002/adfm.77927
摘要

ABSTRACT The practical implementation of Li 2 S cathodes in all‐solid‐state lithium‐sulfur batteries is severely hindered by sluggish ionic/electronic transport and a high activation barrier, particularly under high‐mass‐loading conditions. Herein, lithium thiostannate (Li 4 SnS 4 ) is introduced as a molecular mediator to activate Li 2 S redox chemistry. In situ growth of Li 4 SnS 4 on Li 2 S constructs a continuous Li + ‐transport network, increasing the ionic conductivity from 2.25 × 10 −5 to 3.99 × 10 −5 S cm −1 . More importantly, the hybridization between unsaturated Sn p orbitals and interfacial sulfur atoms induces the formation of Sn─S bonds, leading to local electron‐density redistribution around sulfur. This interfacial electronic reconstruction weakens Li + confinement within the sulfur lattice, softens the Li─S bond, and lowers the oxidation barrier, thereby reducing the initial charge potential from 2.94 to 2.41 V. Consequently, the Li 2 S@Li 4 SnS 4 cathode delivers stable cycling over 100 cycles under demanding conditions of 50 wt.% Li 2 S and areal loading of 5 mg cm −2 . Moreover, a prototype pouch cell retains sufficient capacity to power a light‐emitting diode panel after 100 cycles. This work demonstrates that interfacial electronic‐structure engineering offers an effective strategy for activating Li 2 S cathodes toward high‐energy all‐solid‐state Li‐S batteries.
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