Formation of a Stable Solid-Electrolyte Interphase at Metallic Lithium Anodes Induced by LiNbO3 Protective Layers

阳极 材料科学 电解质 X射线光电子能谱 金属 阴极 锂(药物) 氧化物 化学工程 金属锂 相间 电极 冶金 化学 医学 物理化学 生物 工程类 遗传学 内分泌学
作者
Ming Jiang,Qian Zhang,Dmitri L. Danilov,Rüdiger‐A. Eichel,Peter H. L. Notten
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (9): 10333-10343 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsaem.1c02278
摘要

The stability of solid-electrolyte interphase (SEI) surface films at Li-metal anodes is crucial for the safe and durable operation of lithium-metal batteries (LMBs). By combining Li-metal anodes with high-performance Ni-rich transition-metal oxide cathodes, LMBs can meet the goal of a high specific energy density of more than 500 Wh kg–1. However, Li-metal anodes suffer from serious problems, especially the nonuniform lithium deposition and uncontrollable SEI formation. In this work, Li-metal anodes were protected by thin-film LiNbO3 coatings. Full cells composed of protected Li-metal anodes and LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 cathodes were examined electrochemically and by physical characterization methods. Postmortem analyses of pristine and prolonged cycled Li-metal anodes were performed. The results revealed the formation of more stable SEI films at the protected Li-metal anodes in comparison to unprotected electrodes. Consequently, the LiNbO3 layers improved the cycle-life performance of Li-metal anodes in LMBs. Furthermore, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses showed that the reduction of metallic ions stemming from the Ni-rich cathodes was also inhibited by the protective LiNbO3 layers, thereby further controlling the degradation of Li-metal anodes.

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