High ceramic content composite solid-state electrolyte films prepared via a scalable solvent-free process

材料科学 电解质 陶瓷 聚丙烯腈 离子电导率 化学工程 复合数 离子液体 聚合物 复合材料 电极 有机化学 化学 工程类 物理化学 催化作用
作者
Daiqian Chen,Chenji Hu,Qi Chen,Guoyong Xue,Lingfei Tang,Qingyu Dong,Bowen Chen,Fengrui Zhang,Mingwen Gao,Jingjing Xu,Yanbin Shen,Liwei Chen
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (3): 3847-3854 被引量:12
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4845-x
摘要

The development of high-performance solid-state electrolyte (SSE) films is critical to the practical application of all-solid-state Li metal batteries (ASSLMBs). However, developing high-performance free-standing electrolyte films remains a challenging task. In this work, we demonstrate a novel scalable solvent-free process for fabricating high ceramic content composite solid-state electrolyte (HCCSE) films. Specifically speaking, a mixture of ceramic and polymer is dry mixed, fibered, and calendered into a free-standing porous ceramic film, on which polymer precursor is coated and polymerized to bridge the inorganic ceramic particles, resulting in a flexible HCCSE film with a ceramic content of up to 80 wt.%. High ceramic content not only leads to high ionic conductivity but also brings good mechanical properties; while the organic phase enables electrode electrolyte interfacial stability. When Li10GeP2S12 (LGPS) and polymeric ionic liquid-based solid polymer electrolytes (PIL-SPEs) were used as the inorganic and organic phases, respectively, the room temperature ionic conductivity of the resulted HCCSE reaches 0.91 mS·cm−1. Based on this HCCSE, Li∥Li symmetric battery cycled stably for more than 2,400 h with ultra-low overpotential, and ASSLMBs with different cathodes (LiFePO4 and sulfurized polyacrylonitrile (PAN-S)) present small polarization and decent cyclability at room temperature. This work provides a novel scalable solvent-free strategy for preparing high-performance freestanding composite solid-state electrolyte (CSE) film for room temperature ASSLMBs.
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