Review-the importance of chemical interactions between sulfur host materials and lithium polysulfides for advanced lithium-sulfur batteries

Journal of the Electrochemical Society

Volumn 162, Issue 14, 2015, Pages A2567-A2576

  Pang, Quan ^a   Liang, Xiao ^a   Kwok, C Y ^a   Nazar, Linda F ^a  

^a UNIVERSITY OF WATERLOO   (Canada)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBIDES; CHARGING (BATTERIES); CRYSTALLINE MATERIALS; ELECTRIC BATTERIES; LITHIUM; ORGANIC POLYMERS; ORGANOMETALLICS; POLYSULFIDES; SECONDARY BATTERIES; SOUND INSULATING MATERIALS; SULFUR;

CAPACITY FADING; CHEMICAL INTERACTIONS; HOST MATERIALS; LITHIUM SULFUR BATTERIES; METAL ORGANIC FRAMEWORK; METAL OXIDES; MODIFIED SURFACES; POLAR INTERACTIONS;

LITHIUM BATTERIES;

EID: 84946082316     PISSN: 00134651     EISSN: 19457111     Source Type: Journal    
DOI: 10.1149/2.0171514jes     Document Type: Review

References (89)

1. J. A. Turner, Science, 285, 687 (1999).
2. J. B. Goodenough and K.-S. Park, J. Am. Chem. Soc., 135, 1167 (2013).
3. K. Brandt, Solid State Ionics, 69, 173 (1994).
4. B. L. Ellis, K. T. Lee, and L. F. Nazar, Chem. Mater., 22, 691 (2010).
5. N. S. Choi, Z. Chen, S. A. Freunberger, X. Ji, Y. K. Sun, K. Amine, G. Yushin, L. F. Nazar, J. Cho, and P. G. Bruce, Angew. Chem. Int. Ed., 51, 9994 (2012).
6. M. S. Whittingham, Chem. Rev., 104, 4271 (2004).
7. S. Evers and L. F. Nazar, Acc. Chem. Res., 46, 1135 (2012).
8. A. Manthiram, Y. Fu, and Y.-S. Su, Acc. Chem. Res., 46, 1125 (2012).
9. L. F. Nazar, M. Cuisinier, and Q. Pang, MRS Bull., 39, 436 (2014).
10. A. Rosenman, E. Markevich, G. Salitra, D. Aurbach, A. Garsuch, and F. F. Chesneau, Adv. Energy Mater, 1500212 (2015).
11. X. Ji, K. T. Lee, and L. F. Nazar, Nature Mater, 8, 500 (2009).
12. G. He, S. Evers, X. Liang, M. Cuisinier, A. Garsuch, and L. F. Nazar, ACS Nano, 7, 10920 (2013).
13. N. Jayaprakash, J. Shen, S. S. Moganty, A. Corona, and L. A. Archer, Angew. Chem. Int. Ed., 50, 5904 (2011).
14. F. Bottger-Hiller, P. Kempe, G. Cox, A. Panchenko, N. Janssen, A. Petzold, T. Thurn-Albrecht, L. Borchardt, M. Rose, S. Kaskel, C. Georgi, H. Lang, and S. Spange, Angew. Chem. Int. Ed., 52, 6088 (2013).
15. J. Schuster, G. He, B. Mandlmeier, T. Yim, K. T. Lee, T. Bein, and L. F. Nazar, Angew. Chem. Int. Ed., 51, 3591 (2012).
16. L. Sun, M. Li, Y. Jiang, W. Kong, K. Jiang, J. Wang, and S. Fan, Nano Lett., 14, 4044 (2014).
17. R. Elazari, G. Salitra, A. Garsuch, A. Panchenko, and D. Aurbach, Adv. Mater., 23, 5641 (2011).
18. G. Zheng, Y. Yang, J. J. Cha, S. S. Hong, and Y. Cui, Nano Lett., 11, 4462 (2011).
19. S. Xin, L. Gu, N. H. Zhao, Y. X. Yin, L. J. Zhou, Y. G. Guo, and L. J. Wan, J. Am. Chem. Soc., 134, 18510 (2012).
20. Z. Li, Y. Jiang, L. Yuan, Z. Yi, C. Wu, Y. Liu, P. Strasser, and Y. Huang, ACS Nano, 8, 9295 (2014).
21. S. Evers and L. F. Nazar, Chem. Commun., 48, 1233 (2012).
22. H. Wang, Y. Yang, Y. Liang, J. T. Robinson, Y. Li, A. Jackson, Y. Cui, and H. Dai, Nano Lett., 11, 2644 (2011).
23. Y. Yang, G. Yu, J. J. Cha, H. Wu, M. Vosgueritchian, Y. Yao, Z. Bao, and Y. Cui, ACS Nano, 5, 9187 (2011).
24. Y.-S. Su and A. Manthiram, Chem. Commun., 48, 8817 (2012).
25. S.-H. Chung, P. Han, R. Singhai, V. Kalra, and A. Manthiram, Adv. Energy. Mater., 1500738 (2015).
26. D.-W. Wang, Q. Zeng, G. Zhou, L. Yin, F. Li, H.-M. Cheng, I. R. Gentle, and G. Q. M. Lu, J. Mater. Chem. A, 1, 9382 (2013).
27. Y. Yang, G. Zheng, and Y. Cui, Chem. Soc. Rev., 42, 3018 (2013).
28. S. Zhang, K. Ueno, K. Dokko, and M. Watanabe, Adv. Energy Mater., 1500117 (2015).
29. R. Cao, W. Xu, D. Lv, J. Xiao, and J.-G. Zhang, Adv. Energy Mater., 1402273 (2015).
30. L. Ma, K. E. Hendricksona, S. Wei, and L. A. Archer, Nano Today, 10, 315 (2015).
31. L. Ji, M. Rao, H. Zheng, L. Zhang, Y. Li, W. Duan, J. Guo, E. J. Cairns, and Y. Zhang, J. Am. Chem. Soc., 133, 18522 (2011).
32. L. Zhang, L. Ji, P. A. Glans, Y. Zhang, J. Zhu, and J. Guo, Phys. Chem. Chem. Phys., 14, 13670 (2012).
33. M. K. Song, Y. Zhang, and E. J. Cairns, Nano Lett. 13, 5891 (2013).
34. G. Zhou, L.-C. Yin, D.-W. Wang, L. Li, S. Pei, I. R. Gentle, F. Li, and H.-M. Cheng, ACS Nano, 7, 5367 (2013).
35. J. Song, T. Xu, M. L. Gordin, P. Zhu, D. Lv, Y.-B. Jiang, Y. Chen, Y. Duan, and D. Wang, Adv. Funct. Mater. 24, 1243 (2013).
36. J. Song, M. L. Gordin, T. Xu, S. Chen, Z. Yu, H. Sohn, J. Lu, Y. Ren, Y. Duan, and D. Wang, Angew. Chem. Int. Ed., 54, 4325 (2015).
37. W. Zhou, C. Wang, Q. Zhang, H. D. Abruña, Y. He, J. Wang, S. X. Mao, and X. Xiao, Adv. Energy Mater., 1401752 (2015).
38. G. Zhou, Y. Zhao, and A. Manthiram, Adv. Energy Mater., 1402263 (2015).
39. Y. Qiu, W. Li, W. Zhao, G. Li, Y. Hou, M. Liu, L. Zhou, F. Ye, H. Li, Z. Wei, S. Yang, W. Duan, Y. Ye, J. Guo, and Y. Zhang, Nano Lett., 14, 4821 (2014).
40. C. Wang, K. Su, W. Wan, H. Guo, H. Zhou, J. Chen, X. Zhang, and Y. Huang, J. Mater. Chem. A, 2, 5018 (2014).
41. H.-J. Peng, T.-Z. Hou, Q. Zhang, J.-Q. Huang, X.-B. Cheng, M.-Q. Guo, Z. Yuan, L.-Y. He, and F. Wei, Adv. Mater. Interfaces, 1, 1400227 (2014).
42. G. Zheng, Q. Zhang, J. J. Cha, Y. Yang, W. Li, Z. W. Seh, and Y. Cui, Nano Lett., 13, 1265 (2013).
43. L. Ma, H. Zhuang, Y. Lu, S. S. Moganty, R. G. Hennig, and L. A. Archer, Adv. Energy Mater., 4, 1400390 (2014).
44. Z. Wang, Y. Dong, H. Li, Z. Zhao, H. Bin Wu, C. Hao, S. Liu, J. Qiu, and X. W. Lou, Nature Commun, 5, 5002 (2014).
45. M.-S. Song, S.-C. Han, H.-S. Kim, J.-H. Kim, K.-T. Kim, Y.-M. Kang, H.-J. Ahn, S. X. Dou, and J.-Y. Lee, J. Electrochem. Soc., 151, A791 (2004).
46. Y. J. Choi, B. S. Jung, D. J. Lee, J. H. Jeong, K. W. Kim, H. J. Ahn, K. K. Cho, and H. B. Gu, Phys. Scripta, 62 (2007).
47. X. Ji, S. Evers, R. Black, and L. F. Nazar, Nature Commun., 2, 325 (2011).
48. S. Evers, T. Yim, and L. F. Nazar, J Phys. Chem. C, 116, 19653 (2012).
49. K. T. Lee, R. Black, T. Yim, X. Ji, and L. F. Nazar, Adv. Energy Mater., 2, 1490 (2012).
50. Z. Wei Seh, W. Li, J. J. Cha, G. Zheng, Y. Yang, M. T. McDowell, P. C. Hsu, and Y. Cui, Nature Commun, 4, 1331 (2013).
51. H. Kim, J. T. Lee, D.-C. Lee, A. Magasinski, W.-I. Cho, and G. Yushin, Adv. Energy Mater, 3, 1308 (2013).
52. Z. Xiao, Z. Yang, L. Wang, H. Nie, M. E. Zhong, Q. Lai, X. Xu, L. Zhang, and S. Huang, Adv. Mater., 27, 2891 (2015).
53. B. Ding, L. Shen, G. Xu, P. Nie, and X. Zhang, Electrochim. Acta, 107, 78 (2013).
54. Q. Li, Z. Zhang, K. Zhang, L. Xu, J. Fang, Y. Lai, and J. Li, J. Solid State Electrochem., 17, 2959 (2013).
55. Q. Pang, D. Kundu, M. Cuisinier, and L. F. Nazar, Nature Commun, 5, 4759 (2014).
56. X. Tao, J. Wang, Z. Ying, Q. Cai, G. Zheng, Y. Gan, H. Huang, Y. Xia, C. Liang, W. Zhang, and Y. Cui, Nano Lett., 14, 5288 (2014).
57. 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, and Y. Cui, Nature Commun, 5, 3943 (2014).
58. J. Zheng, J. Tian, D. Wu, M. Gu, W. Xu, C. Wang, F. Gao, M. H. Engelhard, J. G. Zhang, J. Liu, and J. Xiao, Nano Lett. 14, 2345 (2014).
59. W. Xia, A. Mahmood, R. Zou, and Q. Xu, Energy & Environ. Sci., 8, 1837 (2015).
60. J. Zhou, X. Yu, X. Fan, X. Wang, H. Li, Y. Zhang, W. Li, J. Zheng, B. Wang, and X. Li, J. Mater. Chem. A, 3, 8272 (2015).
61. J. Zhou, R. Li, X. Fan, Y. Chen, R. Han, W. Li, J. Zheng, B. Wang, and X. Li, Energy & Environ. Sci., 7, 2715 (2014).
62. Z. Zhao, S. Wang, R. Liang, Z. Li, Z. Shi, and G. Chen, J. Mater. Chem. A, 2, 13509 (2014).
63. R. Demir-Cakan, M. Morcrette, F. Nouar, C. Davoisne, T. Devic, D. Gonbeau, R. Dominko, C. Serre, G. Ferey, and J. M. Tarascon, J. Am. Chem. Soc., 133, 16154 (2011).
64. Z. Wang, X. Li, Y. Cui, Y. Yang, H. Pan, Z. Wang, C. Wu, B. Chen, and G. Qian, Crystal Growth & Design, 13, 5116 (2013).
65. X. Liang, A. Garsuch, and L. F. Nazar, Angew. Chem. Int. Ed., 54, 3907 (2015).
66. X. Liang, Y. Rangom, C. Y. Kwok, and L. F. Nazar, submitted (2015).
67. X. Liang, C. J. Hart, Q. Pang, A. Garsuch, T. Weiss, and L. F. Nazar, NatureCommun., 6, 5682 (2015).
68. E. Wiberg, Holleman-Wiberg: Inorganic Chemistry, Academic Press, New York, NY USA (2001).
69. C. J. Hart, M. Cuisinier, X. Liang, D. Kundu, A. Garsuch, and L. F. Nazar, Chem. Commun., 51, 2308 (2015).
70. P. Ma, B. H. Zhang, Y. H. Xu, and G. Y. Gong, Mod. Chem. Ind., 27, 30 (2007).
71. G. C. Li, G. R. Li, S. H. Ye, and X. P. Gao, Adv. Energy Mater., 2, 1238 (2012).
72. F. Wu, J. Chen, L. Li, T. Zhao, and R. Chen, J. Phys. Chem. C, 115, 24411 (2011).
73. L. Xiao, Y. Cao, J. Xiao, B. Schwenzer, M. H. Engelhard, L. V. Saraf, and Z. Nile; G. J. Exarhos and J. Liu, Adv. Mater., 24, 1176 (2012).
74. W. Zhou, Y. Yu, H. Chen, F. J. DiSalvo, and H. D. Abruna, J. Am. Chem. Soc., 135, 16736 (2013).
75. J. Wang, J. Yang, J. Xie, and N. Xu, Adv. Mater., 14, 963 (2002).
76. J. Wang, J. Yang, C. Wan, K. Du, J. Xie, and N. Xu, Adv. Funct. Mater., 13, 487 (2003).
77. S. S. Zhang, Energies, 7, 4588 (2014).
78. Y. Z. Zhang, S. Liu, G. C. Li, G. R. Li, and X. P. Gao, J. Mater. Chem. A, 2, 4652 (2014).
79. J. Ye, F. He, J. Nie, Y. Cao, H. Yang, and X. Ai, J. Mater. Chem. A, 3, 7406 (2015).
80. L. Yin, J. Wang, J. Yang, and Y. Nuli, J. Mater. Chem., 21, 6807 (2011).
81. L. Yin, J. Wang, F. Lin, J. Yang, and Y. Nuli, Energy. Environ. Sci., 5, 6966 (2012).
82. T. N. L. Doan, M. Ghaznavi, Y. Zhao, Y. Zhang, A. Konarov, M. Sadhu, R. Tangirala, and P. Chen, J. Power Sources, 241, 61 (2013).
83. W. J. Chung, J. J. Gribel, E. T. Kim, H. Yoon, A. G. Simmonds, H. J. Ji, P. T. Dirlam, R. S. Glass, J. J. Wie, N. A. Nguyen, B. W. Guralnick, J. Park, A. Somogyi, P. Theato, M. E. Mackay, Y. E. Sung, K. Char, and J. Pyun, Nature Chem., 5, 518 (2013).
84. A. G. Simmonds, J. J. Gribel, J. Park, K. R. Kim, W. J. Chung, V. P. Oleshko, J. Kim, E. T. Kim, R. S. Glass, C. L. Soles, Y. E. Sung, K. Char, and J. Pyun, ACS Macro Lett., 3, 229 (2014).
85. Z. Sun, M. Xiao, S. Wang, D. Han, S. Song, G. Chen, and Y. Meng, J. Mater. Chem. A, 2, 9280 (2014).
86. E. T. Kim, W. J. Chung, J. Lim, P. Johe, R. S. Glass, J. Pyun, and K. Char, Polym. Chem., 5, 3617 (2015).
87. P. T. Dirlam, A. G. Simmonds, R. C. Shallcross, K. J. Arrington, W. J. Chung, J. J. Griebel, L. J. Hill, R. S. Glass, K. Char, and J. Pyun, ACS Macro Lett., 4, 111 (2015).
88. P. T. Dirlam, A. G. Simmonds, T. S. Kleine, N. A. Nguyen, L. E. Anderson, A. O. Klever, A. Florian, P. J. Costanzo, P. Theato, M. E. Mackay, R. S. Glass, K. Char, and J. Pyun, RSC Advances, 5, 24718 (2015).
89. G. Zhou, L. Li, C. Ma, S. Wang, Y. Shi, N. Koratkar, W. Ren, F. Li, and H.-M. Cheng, Nano Energy, 11, 356 (2015).