Rationally Designed Conversion‐Type Lithium Metal Protective Layer for All‐Solid‐State Lithium Metal Batteries

材料科学 金属 化学工程 制作 锂(药物) 电解质 金属锂 纳米技术 电极 冶金 病理 物理化学 化学 内分泌学 替代医学 工程类 医学
作者
Haechannara Lim,Seunggoo Jun,Yong Bae Song,Ki Heon Baeck,Hongyeul Bae,Garam Lee,Jin‐Hong Kim,Yoon Seok Jung
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (12) 被引量:65
标识
DOI:10.1002/aenm.202303762
摘要

Abstract A stable interfacial design bridging Li metal and sulfide solid electrolytes is imperative for deploying practical all‐solid‐state Li metal batteries. Despite the extensive exploration of interlayer materials, including inorganic substances, lithiophilic metals, and their composites, a comprehensive understanding of their stability and chemo‐mechanical evolution, particularly those influenced by cell fabrication processes, remains unexplored. Herein, it is meticulously investigate the formation and evolution of LiF, Mg, and conversion‐type multicomponent MgF 2 ultrathin interlayers, each fabricated via thermal evaporation deposition. Unexpectedly, LiF and Mg fail to enhance cell performance, with LiF notably susceptible to external pressures during cell fabrication, leading to serious current constriction, while Mg deposition results in the formation of a Li‐rich solid solution. Remarkably, the MgF 2 coatings demonstrate substantially superior performance in both Li|Li 6 PS 5 Cl|Li symmetric cells (up to 2000 h) and LiNi 0.70 Co 0.15 Mn 0.15 O 2 |Li 6 PS 5 Cl|Li full‐cells (82% capacity retention after 800 cycles) at 30 °C. These results are attributed to the in‐situ formation of LiF and Li x Mg nanograins through a conversion reaction, which, after repeated cycling, maintains stability and a fixed position at the interface while ensuring uniform interfacial Li + flux. Supported by comprehensive analyses, these findings highlight the pivotal role of conversion‐type interlayers in mitigating side reactions and preventing Li penetration.
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