In-situ polymerized composite polymer electrolyte with cesium-ion additive enables dual-interfacial compatibility in all-solid-state lithium-metal batteries

电解质 阳极 材料科学 阴极 化学工程 法拉第效率 聚合物 快离子导体 复合数 电极 化学 复合材料 工程类 物理化学
作者
Mengjun Wu,Dan Liŭ,Deyu Qu,Jiaheng Lei,Xiong Zhang,Hanping Chen,Haolin Tang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:615: 627-635 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.01.124
摘要

Solid composite polymer electrolytes (CPEs) that combine the advantages of inorganic and organic electrolytes are regarded as the most appealing candidates for all-solid-state lithium-metal batteries (ASSLMBs). Nonetheless, the interfacial incompatibility issues resulting from poor cathode/electrolyte contact and uncontrolled dendrite growth on Li anode are fundamentally challenging for the development of ASSLMBs. Herein, we design a solid CPE with dual-interface compatibility based on in-situ thermal polymerization of a precursor solution containing polymer monomer, cesium-ion (Cs+), and inorganic Li+ conductor. The resultant Cs+ containing CPE creates intimate interface contact with the cathode while achieving high interfacial stability with the Li-metal anode. Accordingly, this solid electrolyte can perform reversible Li plating/stripping over 750 h at 0.3 mA cm-2 and a critical current density (CCD) of 0.8 mA cm-2, in sharp contrast with its Cs+-free counterpart (failure after 11 h and a CCD of 0.5 mA cm-2). Furthermore, the full ASSLMBs (Li|LiFePO4) enable decent capacity retention of 90% over 100 cycles at 0.5C and high Coulombic efficiency of nearly 100%. Therefore, constructing solid-state electrolytes with dual-interfacial compatibility may be an effective avenue to achieve high-performance ASSLMBs.
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