Efficient Activation of Li2S by Transition Metal Phosphides Nanoparticles for Highly Stable Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Huadong Yuan,Xianlang Chen,Guangmin Zhou,Wenkui Zhang,Jianmin Luo,Hui Huang,Yongping Gan,Chu Liang,Yang Xia,Jun Zhang,Jianguo Wang,Xinyong Tao
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:2 (7): 1711-1719 被引量:293
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.7b00465
摘要

Considerable research efforts have been devoted to the lithium–sulfur battery due to its advantages such as high theoretical capacity, high energy density, and low cost. However, the shuttle effect and the irreversible deposition of Li2S result in severe capacity decay and low Coulombic efficiency. Herein, we discovered that the transition metal phosphides cannot only trap the soluble polysulfides but also effectively catalyze the decomposition of Li2S to improve the utilization of active materials. Compared with the cathodes without transition metal phosphides, the cathodes based on Ni2P, Co2P, and Fe2P all exhibit higher reversible capacity and improved cycling performance. The Ni2P-added electrode delivers capacities of 1165, 1024, 912, 870, and 812 mAh g–1 at 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0 C, respectively, and high capacity retention of 96% after 300 cycles at 0.2 C. Even with a high sulfur mass loading of 3.4 mg cm–2, the capacity retention remains 90.3% after 400 cycles at 0.5 C. Both density functional theory calculations and electrochemical tests reveal that the transition metal phosphides show higher adsorption energies and lower dissociation energies of Li2S than those of carbon materials.
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