LiF modified stable flexible PVDF-garnet hybrid electrolyte for high performance all-solid-state Li–S batteries

材料科学 电解质 电化学 化学工程 电导率 陶瓷 聚合物 X射线光电子能谱 电极 准固态 快离子导体 复合数 离子电导率 法拉第效率 复合材料 物理化学 工程类 化学 色素敏化染料
作者
Sourav Bag,Chengtian Zhou,Patrick Kim,Vilas G. Pol,Venkataraman Thangadurai
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:24: 198-207 被引量:219
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2019.08.019
摘要

Polymer-based solid electrolytes are very promising for high energy density solid-state Li–S batteries owing to their flexibility and higher safety. However, poor room temperature Li-ion conductivity of polymer-based solid electrolyte is the biggest challenge for their practical utilization. Here, a flexible composite polymer-ceramic electrolyte (CPE) comprising of PVDF and garnet-type Li6.5La2.5Ba0.5ZrTaO12 for room temperature all-solid-state-Li-S battery (ASLSB) is demonstrated. The PVDF-garnet CPE exhibits a high Li-ionic conductivity of 0.34 mS cm−1 at 20 °C. PVDF-garnet-based CPEs are not electrochemically stable and undergoes severe dehydro-fluorination upon galvanostatic cycling with Li electrode. For the first time, PVDF-garnet-based CPEs are modified with LiF additive, evidenced by steady galvanostatic cycling at 0.2 mA cm−2 for more than 800 h. The effect of LiF addition on the stability of PVDF-based CPEs is explained by XPS studies and electrochemical measurements. ASLSB fabricated with the modified CPE displays a high specific capacity of 936 mA h g−1 with 0.1C rate at 20 °C, along with very good stable performances over 80 continuous cycles. The ASLSB also shows very good rate capability and high Coulombic efficicency. The performance of CPE vindicates the potential applications towards room-temperature operating all-solid-state-Li-S batteries.
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