Abstract Sulfur cathode with nano-scaled electronic/ionic network is essential for all-solid-state Na/S batteries to achieve high energy density and long cycle life. However, it is great challenged to fabricate such a structure using either mechanical milling or liquid-phase reaction method. Here, a S-Na3SbS4-C cathode with distributed micro-scaled primary electronic/ionic highways along with nano-scaled secondary local-roads is fabricated by combining the liquid-phase reaction and mechanical milling. The formation mechanism for nano-scaled local-roads in S-Na3SbS4-C is systematically investigated. The S-Na3SbS4-C nanocomposite cathode with 3D distributed primary and secondary ionic/electronic conduction network provides a high initial discharge capacity of 1504.3 mAh g-1 at 50 mA g-1 with Coulombic efficiency of 98.5% at room temperature. Meanwhile, S-Na3SbS4-C/Na cells also demonstrate excellent rate capability with capacities of 1386.3, 1324.1, 1150.8, 893.4, 825.6, 771.2 and 662.3 mAh g-1 at current densities of 50, 100, 200, 300, 500, 1000 and 2000 mA g-1, respectively. Even at ultrahigh cathode loading of 6.34 and 12.74 mg cm-2, the S-Na3SbS4-C/Na cells can deliver reversible discharge specific capacities of 742.9 and 465.6 mAh g-1 at 100 mA g-1, respectively. S-Na3SbS4-C/Na cell represents one of the best rate performances for room-temperature all-solid-state sodium-sulfur batteries reported to date. This work provides a simple strategy to design mixed conductive composite cathode for high-performance room-temperature all-solid-state sodium-sulfur batteries.

中文翻译：

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用于室温全固态钠硫电池的仿生纳米级电子/离子传导网络

摘要 具有纳米级电子/离子网络的硫阴极对于全固态钠/硫电池实现高能量密度和长循环寿命至关重要。然而，使用机械研磨或液相反应方法制造这样的结构是一个巨大的挑战。在这里，通过结合液相反应和机械研磨，制造了具有分布式微尺度初级电子/离子高速公路和纳米级二级局部通道的 S-Na3SbS4-C 阴极。系统地研究了 S-Na3SbS4-C 中纳米级局部道路的形成机制。具有 3D 分布式初级和次级离子/电子传导网络的 S-Na3SbS4-C 纳米复合阴极在 50 mA g-1 下提供 1504.3 mAh g-1 的高初始放电容量，室温下库仑效率为 98.5%。同时，S-Na3SbS4-C/Na 电池在电流密度为 50、100、10003002、1386.3、1324.1、1150.8、893.4、825.6、771.2 和 662.3 mAh g-1 时也表现出优异的倍率性能和 2000 mA g-1，分别。即使在 6.34 和 12.74 mg cm-2 的超高阴极负载下，S-Na3SbS4-C/Na 电池也可以在 100 mA g-1 下分别提供 742.9 和 465.6 mAh g-1 的可逆放电比容量。S-Na3SbS4-C/Na 电池代表了迄今为止报道的室温全固态钠硫电池的最佳倍率性能之一。这项工作为设计用于高性能室温全固态钠硫电池的混合导电复合阴极提供了一种简单的策略。825.6、771.2 和 662.3 mAh g-1，电流密度分别为 50、100、200、300、500、1000 和 2000 mA g-1。即使在 6.34 和 12.74 mg cm-2 的超高阴极负载下，S-Na3SbS4-C/Na 电池也可以在 100 mA g-1 下分别提供 742.9 和 465.6 mAh g-1 的可逆放电比容量。S-Na3SbS4-C/Na 电池代表了迄今为止报道的室温全固态钠硫电池的最佳倍率性能之一。这项工作为设计用于高性能室温全固态钠硫电池的混合导电复合阴极提供了一种简单的策略。825.6、771.2 和 662.3 mAh g-1，电流密度分别为 50、100、200、300、500、1000 和 2000 mA g-1。即使在 6.34 和 12.74 mg cm-2 的超高阴极负载下，S-Na3SbS4-C/Na 电池也可以在 100 mA g-1 下分别提供 742.9 和 465.6 mAh g-1 的可逆放电比容量。S-Na3SbS4-C/Na 电池代表了迄今为止报道的室温全固态钠硫电池的最佳倍率性能之一。这项工作为设计用于高性能室温全固态钠硫电池的混合导电复合阴极提供了一种简单的策略。S-Na3SbS4-C/Na 电池在 100 mA g-1 时的可逆放电比容量分别为 742.9 和 465.6 mAh g-1。S-Na3SbS4-C/Na 电池代表了迄今为止报道的室温全固态钠硫电池的最佳倍率性能之一。这项工作为设计用于高性能室温全固态钠硫电池的混合导电复合阴极提供了一种简单的策略。S-Na3SbS4-C/Na 电池在 100 mA g-1 时的可逆放电比容量分别为 742.9 和 465.6 mAh g-1。S-Na3SbS4-C/Na 电池代表了迄今为止报道的室温全固态钠硫电池的最佳倍率性能之一。这项工作为设计用于高性能室温全固态钠硫电池的混合导电复合阴极提供了一种简单的策略。