Recent Advances in Lithium Sulfide Cathode Materials and Their Use in Lithium Sulfur Batteries

Advanced Energy Materials

Volumn 5, Issue 16, 2015, Pages

  Son, Yoonkook ^a   Lee, Jung Soo ^a   Son, Yeonguk ^a   Jang, Ji Hyun ^a   Cho, Jaephil ^a  

^a Ulsan National Institute of Science and Technology   (South Korea)

Author keywords

activation; full cells; Li2S; lithium sulfides; native layers; polysulfides

Indexed keywords

ANODES; CATHODE MATERIALS; CATHODES; CHEMICAL ACTIVATION; LITHIUM BATTERIES; LITHIUM SULFUR BATTERIES; NANOCOMPOSITE FILMS; POLYSULFIDES; SULFUR COMPOUNDS;

ACTIVATION MECHANISMS; ACTIVATION PROCESS; BULK-ENERGY STORAGE SYSTEMS; ELECTRIC TRANSPORTATION; HIGH ENERGY DENSITIES; LI2S; LITHIUM SULFIDES; NATIVE LAYERS;

LITHIUM COMPOUNDS;

EID: 84940438122     PISSN: 16146832     EISSN: 16146840     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/aenm.201500110     Document Type: Review

References (106)

1. C. Guille, G. Gross, Energy Policy 2009, 37, 4379.
2. A. Kihm, S. Trommer, Energy Policy 2014, 73, 147.
3. W. Kempton, J. Tomic, J. Power Sources 2005, 144, 268.
4. P. G. Bruce, S. A. Freunberger, L. J. Hardwick, J.-M. Tarascon, Nat. Mater. 2012, 11, 19.
5. D.-W. Wang, Q. Zeng, G. Zhou, L. Yin, F. Li, H.-M. Cheng, I. R. Gentle, G. Q. M. Lu, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 9382.
6. a) X. Ji, K. T. Lee, L. F. Nazar, Nat. Mater. 2009, 8, 500
7. b) C. Liang, N. J. Dudney, J. Y. Howe, Chem. Mater. 2009, 21, 4724
8. c) X. Liang, Z. Wen, Y. Liu, H. Zhang, L. Huang, J. Jin, J. Power Sources 2011, 196, 3655
9. d) H. Wang, Y. Yang, Y. Liang, J. T. Robinson, Y. Li, A. Jackson, Y. Cui, H. Dai, Nano Lett. 2011, 11, 2644
10. e) K. Cai, M.-K. Song, E. J. Cairns, Y. Zhang, Nano Lett. 2012, 12, 6474.
11. a) J. Wang, S. Y. Chew, Z. W. Zhao, S. Ashraf, D. Wexler, J. Chen, S. H. Ng, S. L. Chou, H. K. Liu, Carbon 2008, 46, 229
12. b) S. Xin, L. Gu, N.-H. Zhao, Y.-X. Yin, L.-J. Zhou, Y.-G. Guo, L.-J. Wan, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18510.
13. a) R. Demir-Cakan, M. Morcrette, F. Nouar, C. Davoisne, T. Devic, D. Gonbeau, R. Dominko, C. Serre, G. Ferey, J.-M. Tarascon, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 16154
14. b) S. Evers, T. Yim, L. F. Nazar, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 19653
15. c) S.-H. Chung, A. Manthiram, ChemSusChem 2014, 7, 1655.
16. a) N. Machida, K. Kobayashi, Y. Nishikawa, T. Shigematsu, Solid State Ionics 2004, 175, 247
17. b) S. S. Zhang, Electrochim. Acta 2012, 70, 344
18. c) S. S. Zhang, J. Power Sources 2013, 231, 153.
19. a) S.-H. Chung, A. Manthiram, J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1978
20. b) Z. Zhang, Y. Lai, Z. Zhang, K. Zhang, J. Li, Electrochim. Acta 2014, 129, 55.
21. J. Li, E. Murphy, J. Winnick, P. A. Kohl, J. Power Sources 2001, 102, 294.
22. a) J. B. Goodenough, J. Solid State Electrochem. 2012, 16, 2019
23. b) L. Suo, Y.-S. Hu, H. Li, M. Armand, L. Chen, Nat. Commun. 2013, 4
24. c) D. Lv, Y. Shao, T. Lozano, W. D. Bennett, G. L. Graff, B. Polzin, J. Zhang, M. H. Engelhard, N. T. Saenz, W. A. Henderson, P. Bhattacharya, J. Liu, J. Xiao, Adv. Energy Mater. 2015, DOI: 10.1002/aenm.201402290
25. a) X. Liang, Z. Wen, Y. Liu, M. Wu, J. Jin, H. Zhang, X. Wu, J. Power Sources 2011, 196, 9839
26. b) S. S. Zhang, J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A920.
27. a) W. Zheng, X. G. Hu, C. F. Zhang, J. Rare Earths 2005, 23, 593
28. b) X. Ji, L. F. Nazar, J. Mater. Chem. 2010, 20, 9821
29. c) Z.-D. Yao, W. Wei, J.-L. Wang, J. Yang, Y.-N. Nuli, Acta Phys.-Chim. Sin. 2011, 27, 1005
30. d) M. Barghamadi, A. Kapoor, C. Wen, J. Electrochem. Soc. 2013, 160, A1256
31. e) D. Bresser, S. Passerini, B. Scrosati, Chem. Commun. 2013, 49, 10545
32. f) Y. Diao, K. Xie, X. Hong, S. Xiong, Acta Chim. Sin. 2013, 71, 508
33. g) S. Evers, L. F. Nazar, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1135
34. h) A. Fedorkova, R. Orinakova, O. Cech, M. Sedlarikova, Int. J. Electrochem. Sci. 2013, 8, 10308
35. i) J.-J. Hu, G.-R. Li, X.-P. Gao, J. Inorg. Mater. 2013, 28, 1181
36. j) A. Manthiram, Y. Fu, Y.-S. Su, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1125
37. k) Y. Yang, G. Zheng, Y. Cui, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 3018
38. l) Y.-X. Yin, S. Xin, Y.-G. Guo, L.-J. Wan, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 13186
39. m) M. Barghamadi, A. S. Best, A. I. Bhatt, A. F. Hollenkamp, M. Musameh, R. J. Rees, T. Ruether, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3902
40. n) L. Chen, L. L. Shaw, J. Power Sources 2014, 267, 770
41. o) L. Chen, L. L. Shaw, J. Power Sources 2014, 267, 770
42. p) L. F. Nazar, M. Cuisinier, Q. Pang, MRS Bull. 2014, 39, 436
43. q) J. Scheers, S. Fantini, P. Johansson, J. Power Sources 2014, 255, 204
44. r) Q. Zhang, X.-b. Cheng, J.-q. Huang, H.-j. Peng, F. Wei, New Carbon Mater. 2014, 29, 241.
45. M. N. Obrovac, J. R. Dahn, Electrochem. Solid State Lett. 2002, 5, A70.
46. Y. Yang, G. Zheng, S. Misra, J. Nelson, M. F. Toney, Y. Gui, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15387.
47. a) Y. Zhou, C. Wu, H. Zhang, X. Wu, Z. Fu, Electrochim. Acta 2007, 52, 3130
48. b) A. Hayashi, R. Ohtsubo, T. Ohtomo, F. Mizuno, M. Tatsumisago, J. Power Sources 2008, 183, 422
49. c) A. Hayashi, R. Ohtsubo, M. Tatsumisago, Solid State Ionics 2008, 179, 1702
50. d) G. Luo, J. Zhao, B. Wang, J. Renew. Sust. Energy 2012, 4.
51. a) M. Agostini, J. Hassoun, J. Liu, M. Jeong, H. Nara, T. Momma, T. Osaka, Y.-K. Sun, B. Scrosati, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 10924
52. b) S. Y. Chew, S. H. Ng, J. Wang, P. Novák, F. Krumeich, S. L. Chou, J. Chen, H. K. Liu, Carbon 2009, 47, 2976
53. c) Y. Fu, Y.-S. Su, A. Manthiram, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 6930
54. d) Y. Fu, C. Zu, A. Manthiram, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18044
55. e) J. C. Guo, Z. C. Yang, Y. C. Yu, H. D. Abruna, L. A. Archer, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 763
56. f) M. Nagao, A. Hayashi, M. Tatsumisago, J. Mater. Chem. 2012, 22, 10015
57. g) T. Takeuchi, H. Kageyama, K. Nakanishi, M. Tabuchi, H. Sakaebe, T. Ohta, H. Senoh, T. Sakai, K. Tatsumi, J. Electrochem. Soc. 2010, 157, A1196
58. h) T. Takeuchi, H. Sakaebe, T. Sakai, K. Tatsumi, in Thermec 2009, (Eds:, T. Chandra, N. Wanderka, W. Reimers, M. Ionescu,), Materials Science Forum Vol. 638-642, Trans Tech Publications, Zurich, Switzerland 2010, p. 2184
59. i) Y. Yang, M. T. McDowell, A. Jackson, J. J. Cha, S. S. Hong, Y. Cui, Nano Lett. 2010, 10, 1486
60. j) S. Jeong, D. Bresser, D. Buchholz, M. Winter, S. Passerini, J. Power Sources 2013, 235, 220
61. k) Z. Lin, Z. Liu, N. J. Dudney, C. Liang, ACS Nano 2013, 7, 2829
62. l) Z. W. Seh, Q. Zhang, W. Li, G. Zheng, H. Yao, Y. Cui, Chem. Sci. 2013, 4, 3673
63. m) D. H. C. Wong, MRS Bull. 2013, 38, 768
64. n) Z. Yang, J. Guo, S. K. Das, Y. Yu, Z. Zhou, H. D. Abruna, L. A. Archer, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 1433
65. o) Y. Fu, Y.-S. Su, A. Manthiram, Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1300655
66. p) S. Zheng, Y. Chen, Y. Xu, F. Yi, Y. Zhu, Y. Liu, J. Yang, C. Wang, ACS Nano 2013, 7, 10995
67. q) T. Hakari, M. Nagao, A. Hayashi, M. Tatsumisago, Solid State Ionics 2014, 262, 147
68. r) J. Liu, H. Nara, T. Yokoshima, T. Momma, T. Osaka, Chem. Lett. 2014, 43, 901
69. s) S. Meini, R. Elazari, A. Rosenman, A. Garsuch, D. Aurbach, J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 915
70. t) C. Nan, Z. Lin, H. Liao, M.-K. Song, Y. Li, E. J. Cairns, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4659
71. u) Z. W. Seh, H. Wang, P.-C. Hsu, Q. Zhang, W. Li, G. Zheng, H. Yao, Y. Cui, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 672
72. v) Z. W. Seh, H. Wang, N. Liu, G. Zheng, W. Li, H. Yao, Y. Cui, Chem. Sci. 2014, 5, 1396
73. w) T. Takeuchi, H. Kageyama, K. Nakanishi, T. Ohta, A. Sakuda, T. Sakai, H. Kobayashi, H. Sakaebe, K. Tatsumi, Z. Ogumi, Solid State Ionics 2014, 262, 138
74. x) F. Wu, H. Kim, A. Magasinski, J. T. Lee, H.-T. Lin, G. Yushin, Adv. Energy Mater. 2014, 4, DOI: 10.1002/aenm.201400196
75. y) F. Wu, A. Magasinski, G. Yushin, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 6064
76. z) K. Zhang, L. Wang, Z. Hu, F. Cheng, J. Chen, Sci. Rep. 2014, DOI: 10.1038/srep06467
77. aa), K. Han, J. Shen, C. M. Hayner, H. Ye, M. C. Kung, H. H. Kung, J. Power Sources 2014, 251, 331
78. ab), F. Wu, J. T. Lee, A. Magasinski, H. Kim, G. Yushin, Part. Part. Syst. Char. 2014, 31, 639.
79. a) M. Agostini, D.-J. Lee, B. Scrosati, Y. K. Sun, J. Hassoun, J. Power Sources 2014, 265, 14
80. b) C. Barchasz, F. Mesguich, J. Dijon, J.-C. Leprêtre, S. Patoux, F. Alloin, J. Power Sources 2012, 211, 19
81. c) A. Sakuda, N. Taguchi, T. Takeuchi, H. Kobayashi, H. Sakaebe, K. Tatsumi, Z. Ogumi, Solid State Ionics 2014, 262, 143
82. d) Y. Yang, G. Zheng, Y. Cui, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1552
83. e) H. Yao, G. Zheng, P.-C. Hsu, D. Kong, J. J. Cha, W. Li, Z. W. Seh, M. T. McDowell, K. Yan, Z. Liang, V. K. Narasimhan, Y. Cui, Nat. Commun. 2014, 5, DOI: 10.1038/ncomms4943
84. f) S. S. Zhang, J. A. Read, J. Power Sources 2012, 200, 77
85. g) C. Zu, Y. Fu, A. Manthiram, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 10362
86. h) N. Li, Z. Weng, Y. Wang, F. Li, H.-M. Cheng, H. Zhou, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3307
87. i) M. Cuisinier, C. Hart, M. Balasubramanian, A. Garsuch, L. F. Nazar, Adv. Energy Mater. 2015, DOI: 10.1002/aenm.201401801
88. j) Q. Wang, J. Zheng, E. Walter, H. Pan, D. Lv, P. Zuo, H. Chen, Z. D. Deng, B. Y. Liaw, X. Yu, X. Yang, J.-G. Zhang, J. Liu, J. Xiao, J. Electrochem. Soc. 2015, 162, A474.
89. Y.-X. Chen, P. Kaghazchi, Nanoscale 2014, 6, 13391.
90. M. L. Saboungi, J. J. Marr, M. Blander, J. Electrochem. Soc. 1978, 125, 1567.
91. a) A. Debart, L. Dupont, R. Patrice, J. M. Tarascon, Solid State Sci. 2006, 8, 640
92. b) A. Hinchliffe, J. C. Dobson, H. Q. Porter, Chem. Phys. 1975, 8, 158
93. c) G. P. Wyers, E. H. P. Cordfunke, W. Ouweltjes, J. Chem. Thermodyn. 1989, 21, 1095
94. d) S. S. Xantheas, T. H. Dunning, J. Phys. Chem. 1993, 97, 18
95. e) R. J. M. Konings, E. H. P. Cordfunke, W. Ouweltjes, J. Chem. Thermodyn. 1989, 21, 415.
96. a) M.-S. Park, J.-S. Yu, K. J. Kim, G. Jeong, J.-H. Kim, Y.-N. Jo, U. Hwang, S. Kang, T. Woo, Y.-J. Kim, Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 6796
97. b) Y. Fu, A. Manthiram, RSC Adv. 2012, 2, 5927
98. c) Y. Diao, K. Xie, S. Xiong, X. Hong, J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A1816
99. d) L. Zhang, L. Ji, P.-A. Glans, Y. Zhang, J. Zhu, J. Guo, Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 13670.
100. a) A. Hayashi, R. Komiya, M. Tatsumisago, T. Minami, Solid State Ionics 2002, 152-153, 285
101. b) R. Kanno, M. Murayama, J. Electrochem. Soc. 2001, 148, A742
102. c) F. Mizuno, S. Hama, A. Hayashi, K. Tadanaga, T. Minami, M. Tatsumisago, Chem. Lett. 2002, 31, 1244
103. d) K. Takada, N. Aotani, K. Iwamoto, S. Kondo, Solid State Ionics 1996, 86-88, 877.
104. J. S. Chung, H. J. Sohn, J. Power Sources 2002, 108, 226.
105. C. I. Pearce, R. A. D. Pattrick, D. J. Vaughan, Rev. Mineral. Geochem. 2006, 61, 127.
106. J. Hassoun, B. Scrosati, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2371.