Regulating Li2S Deposition and Accelerating Conversion Kinetics through Intracavity ZnS toward Low-Temperature Lithium–Sulfur Batteries

动力学 锂(药物) 沉积(地质) 硫黄 材料科学 无机化学 化学工程 化学 冶金 物理 工程类 内分泌学 古生物学 生物 医学 量子力学 沉积物
作者
Hao Ding,Zhonghui Chen,Huiyu Li,Hong Li Suo,Chaozhong Liu,Huanan Yu,Jingkun Yuan,Zixu Sun,Yanyan Zhu,Bo Song
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (47): 15118-15126 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04427
摘要

The uncontrolled deposition behavior and sluggish conversion kinetics of the discharging product (solid Li2S) severely deteriorate the electrochemical performance of lithium-sulfur (Li-S) batteries, especially under high S loading and low-temperature conditions. Herein, a multifunctional S cathode host consisting of ZnS nanoparticles (NPs) confined in hollow porous carbon spheres (ZnS@HPCS) is synthesized via a unique capillary force-driven melting-diffusion strategy. The porous carbon shell of ZnS@HPCS provides a space-confined reservoir for soluble polysulfides and solid Li2S, while the intracavity ZnS NPs trap polysulfides, induce Li2S inside deposition, and accelerate conversion kinetics. Thus, Li-S batteries with ZnS@HPCS-S cathodes exhibit excellent electrochemical performance at both room and low temperatures (-40 °C) and high reversible capacities under high S loading (5.2 mg cm-2). Furthermore, Li2S nucleation/deposition, in situ Raman, and theoretical analyses reveal the underlying mechanism. This work offers fundamental insights into regulating Li2S deposition and designing S hosts for high-performance Li-S batteries.
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