In-situ coupling construction of interface bridge to enhance electrochemical stability of all solid-state lithium metal batteries

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作者
Qianwei Zhang,Rong Yang,Chao Li,Lei Mao,Bohai Wang,Meng Luo,Yinglin Yan,Yiming Zou,Lisheng Zhong,Yunhua Xu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:89: 18-26 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.10.025
摘要

Polymer-based composite electrolytes composed of three-dimensional Li6.4La3Zr2Al0.2O12 (3D-LLZAO) have attracted increasing attention due to their continuous ion conduction and satisfactory mechanical properties. However, the organic/inorganic interface is incompatible, resulting in slow lithium-ion transport at the interface. Therefore, the compatibility of organic/inorganic interface is an urgent problem to be solved. Inspired by the concept of "gecko eaves", polymer-based composite solid electrolytes with dense interface structures were designed. The bridging of organic/inorganic interfaces was established by introducing silane coupling agent (3-chloropropyl)trimethoxysilane (CTMS) into the PEO-3D-LLZAO (PL) electrolyte. The in-situ coupling reaction improves the interface affinity, strengthens the organic/inorganic interaction, reduces the interface resistance, and thus achieves an efficient interface ion transport network. The prepared PEO-3D-LLZAO-CTMS (PLC) electrolyte exhibits enhanced ionic conductivity of 6.04 × 10−4 S cm−1 and high ion migration number (0.61) at 60 °C and broadens the electrochemical window (5.1 V). At the same time, the PLC electrolyte has good thermal stability and high mechanical properties. Moreover, the LiFePO4|PLC|Li battery has excellent rate performance and cycling stability with a capacity decay rate of 2.2% after 100 cycles at 60 °C and 0.1 C. These advantages of PLC membranes indicate that this design approach is indeed practical, and the in-situ coupling method provides a new approach to address interface compatibility issues.
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