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Organosulfur Compounds Enable Uniform Lithium Plating and Long-Term Battery Cycling Stability
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2020-03-10 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00074 Bismark Boateng 1, 2 , Yupei Han 2 , Cheng Zhen 2 , Guangfeng Zeng 2 , Ning Chen 2 , Dongjiang Chen 2 , Chao Feng 2 , Jiecai Han 1 , Jie Xiong 3 , Xiangfeng Duan 4 , Weidong He 1, 2
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2020-03-10 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00074 Bismark Boateng 1, 2 , Yupei Han 2 , Cheng Zhen 2 , Guangfeng Zeng 2 , Ning Chen 2 , Dongjiang Chen 2 , Chao Feng 2 , Jiecai Han 1 , Jie Xiong 3 , Xiangfeng Duan 4 , Weidong He 1, 2
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Lithium metal represents an ultimate anode material of lithium batteries for its high energy density. However, its large negative redox potential and reactive nature can trigger electrolyte decomposition and dendrite formation, causing unstable cycling and short circuit of batteries. Herein, we engineer a resilient solid electrolyte interphase on the Li anode by compositing the battery separator with organosulfur compounds and inorganic salts from garlic. These compounds take part in battery reactions to suppress dendrite growth through reversible electrochemistry and attenuate ionic concentration gradient. When the Li anode and the separator are paired with the LiFePO4 cathode, one obtains a battery delivering long-term cycling stability of 3000 cycles, a rate capacity of 100 mAh g–1 at 10 C (2.5 mA cm–2), a Coulombic efficiency of 99.9%, and a low battery polarization. Additionally, with high-loading 20 mg cm–2 LiFePO4 cathodes, an areal capacity of 3.4 mAh cm–2 is achieved at 0.3 C (1 mA cm–2).
中文翻译：
有机硫化合物可实现均匀的锂电镀和长期的电池循环稳定性
锂金属因其高能量密度而成为锂电池的最终阳极材料。但是，其较大的负氧化还原电势和反应性会触发电解质分解和枝晶形成，从而导致电池不稳定循环和短路。在本文中，我们通过将电池隔板与有机硫化合物和大蒜中的无机盐复合而成，在锂阳极上设计了一种弹性的固态电解质中间相。这些化合物参与电池反应，以通过可逆电化学抑制树枝状晶体生长并减弱离子浓度梯度。当将Li阳极和隔膜与LiFePO 4阴极配对时，可获得的电池可提供3000次循环的长期循环稳定性，额定容量为100 mAh g –1在10 C（2.5 mA cm –2）时，库仑效率为99.9％，并且电池极化低。此外，使用高负载20 mg cm –2的LiFePO 4阴极，在0.3 C（1 mA cm –2）下的面积容量为3.4 mAh cm –2。
更新日期：2020-04-24
中文翻译：
有机硫化合物可实现均匀的锂电镀和长期的电池循环稳定性
锂金属因其高能量密度而成为锂电池的最终阳极材料。但是，其较大的负氧化还原电势和反应性会触发电解质分解和枝晶形成，从而导致电池不稳定循环和短路。在本文中，我们通过将电池隔板与有机硫化合物和大蒜中的无机盐复合而成，在锂阳极上设计了一种弹性的固态电解质中间相。这些化合物参与电池反应，以通过可逆电化学抑制树枝状晶体生长并减弱离子浓度梯度。当将Li阳极和隔膜与LiFePO 4阴极配对时，可获得的电池可提供3000次循环的长期循环稳定性，额定容量为100 mAh g –1在10 C（2.5 mA cm –2）时，库仑效率为99.9％，并且电池极化低。此外，使用高负载20 mg cm –2的LiFePO 4阴极，在0.3 C（1 mA cm –2）下的面积容量为3.4 mAh cm –2。
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