Catalytic Disproportionation for Suppressing Polysulfide Shuttle in Li–S Pouch Cells: Beyond Adsorption Interactions

歧化 材料科学 多硫化物 催化作用 吸附 阴极 分离器(采油) 无机化学 硫黄 化学工程 物理化学 有机化学 化学 热力学 物理 工程类 电解质 冶金 电极
作者
Yilong Lin,Yecheng Zhou,Sheng Huang,Min Xiao,Dongmei Han,Jiaxiang Qin,Shuanjin Wang,Yuezhong Meng
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (37) 被引量:37
标识
DOI:10.1002/aenm.202201912
摘要

Abstract Addressing the lithium polysulfide shuttle is critical for the high‐energy‐density lithium–sulfur pouch cells in practical applications, especially under high sulfur loading and lean electrolyte conditions. In contrast to previously reported heterogeneous adsorption catalysis within cathode or separator with slow catalytic kinetics and limited adsorption area, herein, lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ) is demonstrated as a homogeneous catalyst in electrolyte which mitigates polysulfide diffusion. The Li–S pouch cell with LiPO 2 F 2 in the electrolyte has record‐breaking shelving stability of two months, significantly improved capacity retention from 37.0% to 81.4% after long cycling, and electrical‐car‐level energy density over 400 Wh kg −1 . A minimal amount of 1 wt% LiPO 2 F 2 tends to facilitate lithium polysulfide disproportionation on the S/C cathode instead of in the electrolyte, which initiates the fast transformation of soluble lithium polysulfide to insoluble solid S 8 and Li 2 S 2 /Li 2 S. The reliable mechanism of polysulfide disproportionation via biradicals is further proposed by both density functional theory calculation and experiments. To best of the authors’ knowledge, this is the first report on mechanism of polysulfide disproportionation via biradical intermediates. It is believed that this new insight into homogeneous catalytic mechanisms in electrolytes may pave the way for the commercialization of high‐energy‐density Li–S batteries.
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