N-Rich Bilayer Solid Electrolyte Interphase toward Highly Reversible Lithium Metal Batteries

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作者
Yang Luo,Xinjian Liu,Peixun Li,Wenjing Zhang,H. Ding,Menghan Li,Zhonghao Rao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (10): 12479-12485
标识
DOI:10.1021/acsami.3c18071
摘要

Continuous lithium (Li)/electrolyte interfacial reactions and uncontrollable Li dendrites severely hamper the application of paradigmatic Li metal batteries (LMBs). Aiming to address the above-mentioned crucial issues, N-rich polymer–inorganic bilayers at the Li/electrolyte interface are designed via nitrate-rich electrolytes, achieving high-energy-density and long-lifespan LMBs. The inner layer of Li3N favors rapid and uniform Li+ deposition, while the outer layer of N-containing flexible polymers facilitates uniform Li+ distribution at the interlayer and accommodates volume changes during cycling. The synergistic effect of N-rich polymer–inorganic bilayers promotes the formation of dense uniform spherical nuclei morphology instead of dendrites, thus significantly improving the plating-stripping reversibility of LMBs. Attributed to the unique interphase, the Li|Li cell can stably run for over 1000 h at 1.0 mA cm–2 with an even deposition morphology, which is monitored and proven by in situ optical microscopy. Moreover, the assembled Li|S cell displays a high capacity of 697.6 mA h g–1 for over 150 cycles and a 99% Coulombic efficiency. This work paves the way for designing high-energy and long-lifespan LMBs.

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