Scalable wet-slurry fabrication of sheet-type electrodes for sulfide all-solid-state batteries and performance enhancement via optimization of Ni-rich cathode coating layer

材料科学 化学工程 阴极 涂层 无定形固体 电解质 X射线光电子能谱 泥浆 电化学 扫描电子显微镜 硫化物 电极 复合材料 冶金 化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Jing Gao,Jinghua Hao,Yuan Gao,Xiaolin Sun,Yuan Zhang,Depeng Song,Qing Zhao,Fuhua Zhao,Wenyan Si,Kun Wang,Takeo Ohsaka,Futoshi Matsumoto,Jianfei Wu,Haijiao Xie
出处
期刊:eTransportation [Elsevier BV]
卷期号:17: 100252-100252 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.etran.2023.100252
摘要

All-solid-state Li or Li-ion batteries (ASSLBs) have attracted much attention due to their potential high energy density, high safety, and low manufacturing costs compared to commercial liquid electrolyte Li-ion batteries. However, the rate capacity and cycling performance could not satisfy the practical application. Here, an island-like amorphous Li2O–ZrO2 (LZO) was coated on the surface of LiNi0.88Co0.10Al0.02 (NCA) via a sol-gel method and low-temperature sintering. The electrochemical performance and density functional theory calculation results demonstrate that the LZO coating layer significantly boosts Li-ions transfer. Targeting large-scale production, a sheet-type cathode was prepared by a wet-slurry process with PVDF-HFP as a binder, which exhibits an initial specific capacity of 181.91 mAh·g−1 at 0.13C and 25 °C. Remarkably, the wet-slurry cathode with a high NCA loading of 20 mg cm−2 delivers an initial areal capacity of 2.936 mAh·cm−2 and capacity retention of 69.93% after 1000 cycles at a rate of 0.64C. By employing X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and scanning electron microscopy, we reveal that the LZO coating layer and PVDF-HFP binder inhibited the decomposition of sulfide electrolyte and detrimental structure evolution of NCA active material. This work would guide designing high-performance ASSLBs for practical application and commercialization.
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