Practical Lithium–Sulfur Batteries Enabled by a Six-Membered Cyclic Urea Solvent

硫黄 锂(药物) 溶剂 尿素 化学 无机化学 锂硫电池 材料科学 有机化学 电化学 物理化学 电极 医学 内分泌学
作者
Lin Peng,Yilu Liu,Pengcheng Xue,Chenxi Lei,Xiao Yang,Lishan Lin,Liang Ma,Luyi Chen,Yue‐Peng Cai,Jian Wang,Lingzhi Zhao,Qifeng Zheng
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (8): 4004-4012 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c00974
摘要

Highly solvating electrolytes hold great prospects for achieving the goal of practically high-energy-density lithium–sulfur batteries, yet they suffer from short cycle life due to their poor compatibility with Li-metal anode (LMA). Herein, a new six-membered cyclic urea, N, N′-dimethylpropyleneurea (DMPU), was rationally proposed as an electrolyte solvent to conquer this longstanding contradiction. The DMPU with high electron donicity preferentially coordinates with Li+ to dominate the inner-solvation shell, which not only initiates and stabilizes the S3•– radical to facilitate S redox kinetics and 3D Li2S deposition but also suppresses its contact reaction with LMA kinetically. More encouragingly, the DMPU molecule with a six-membered ring bears small ring strain, thus weakening their reactivity with LMA thermodynamically. Consequently, the DMPU-based electrolyte bestows an extremely high area capacity of 8.4 mAh cm–2 for a practical lithium–sulfur cell under a high S mass loading of 8.2 mg cm–2 and ultralow E/S ratio of 3.8 μL mgsulfur–1.
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