Sulfurized Polyacrylonitrile Cathodes with High Compatibility in Both Ether and Carbonate Electrolytes for Ultrastable Lithium–Sulfur Batteries

多硫化物 聚丙烯腈 材料科学 电解质 电化学 乙醚 阴极 溶解 硫黄 无机化学 化学工程 有机化学 电极 冶金 聚合物 复合材料 化学 物理化学 工程类
作者
Xiaofei Wang,Yumin Qian,Lina Wang,Hao Yang,Huilan Li,Yu Zhao,Tianxi Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (39) 被引量:225
标识
DOI:10.1002/adfm.201902929
摘要

Abstract Sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) is a promising material capable of suppressing polysulfide dissolution in lithium–sulfur (Li–S) batteries with carbonate electrolyte. However, undesirable spontaneous formation of soluble polysulfides may arise in the ether electrolyte, and the conversion of sulfur in SPAN during the lithiation/delithiation processes is yet to be understood. Here, a highly reliable Li–S system using a freestanding fibrous SPAN cathode, as well as the sulfur conversion mechanism involved, is demonstrated. The SPAN shows high compatibility in both ether and carbonate electrolytes. The sulfur atoms existing in the form of short S 2  and S 3  chains are covalently bonded to the pyrolyzed PAN backbone. The electrochemical reduction of the SPAN by Li + is a single‐phase solid–solid reaction with Li 2 S as the sole discharge product. Meanwhile, the parasitic reaction between Li + and CN bonds exists upon the first discharge, and the residual Li + enhances the conductivity of the backbone. The recharge ability and rate capability are kinetically dominated by the activation of Li 2 S nanoflakes generated during discharge. At 800 mA g −1 , a specific capacity of 1180 mAh g −1 is realized without capacity fading in the measured 1000 cycles, which makes SPAN promising for practical application.
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