Formation of Stable Interphase of Polymer-in-Salt Electrolyte in All-Solid-State Lithium Batteries

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作者
Hongcai Gao,Nicholas S. Grundish,Yongjie Zhao,Aijun Zhou,John B. Goodenough
出处
期刊:Energy material advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:2021 被引量:180
标识
DOI:10.34133/2021/1932952
摘要

The integration of solid-polymer electrolytes into all-solid-state lithium batteries is highly desirable to overcome the limitations of current battery configurations that have a low energy density and severe safety concerns. Polyacrylonitrile is an appealing matrix for solid-polymer electrolytes; however, the practical utilization of such polymer electrolytes in all-solid-state cells is impeded by inferior ionic conductivity and instability against a lithium-metal anode. In this work, we show that a polymer-in-salt electrolyte based on polyacrylonitrile with a lithium salt as the major component exhibits a wide electrochemically stable window, a high ionic conductivity, and an increased lithium-ion transference number. The growth of dendrites from the lithium-metal anode was suppressed effectively by the polymer-in-salt electrolyte to increase the safety features of the batteries. In addition, we found that a stable interphase was formed between the lithium-metal anode and the polymer-in-salt electrolyte to restrain the uncontrolled parasitic reactions, and we demonstrated an all-solid-state battery configuration with a LiFePO 4 cathode and the polymer-in-salt electrolyte, which exhibited a superior cycling stability and rate capability.
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