Synergistic Approach toward Developing Highly Compatible Garnet‐Liquid Electrolyte Interphase in Hybrid Solid‐State Lithium‐Metal Batteries

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作者
Subhajit Sarkar,Bowen Chen,Chengtian Zhou,Shahram Nouri Shirazi,Frederieke Langer,Julian Schwenzel,Venkataraman Thangadurai
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (8) 被引量:23
标识
DOI:10.1002/aenm.202203897
摘要

Abstract The hybrid solid‐liquid electrolyte concept is one of the best approaches for counteracting the interface problems between solid electrolytes and Li anodes/cathodes. However, a solid‐liquid electrolyte layer forming at the interfaces degrades battery capacity and power during a longer cycle due to highly reactive chemical and electrochemical reactions. To solve this problem in the present study, a synthetic approach is demonstrated by combining AlCl 3 Lewis acid and fluoroethylene carbonate as additives in a conventional LiPF 6 ‐containing carbonate‐based electrolyte. This electrolyte design triggers the fluoroethylene carbonate polymerization by AlCl 3 addition and can also form a mechanically robust and ionically conductive Al‐rich interphase on the surface of Li 7 La 2.75 Ba 0.25 Zr 1.75 Ta 0.25 O 12 garnet‐type structured solid electrolytes, Li anodes and LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 cathodes. Benefitting from this approach, the assembled Li symmetric cell exhibits a remarkably high critical current density of 4.2 mA cm −2 , and stable long‐term cycling over 3000 h at 0.5 mA cm −2 at 25 °C. The assembled hybrid full cell shows an impressive specific capacity retention of 92.2% at 1 C till 200 cycles. This work opens a new direction in developing safe, long‐lasting, and high‐energy hybrid solid‐state lithium‐metal batteries.
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