Scalable Dual‐Interface Engineering for High Ionic Conductive, Mechanical Robust Sulfide Membranes in High‐Energy All‐Solid‐State Li‐Metal Batteries

材料科学 电解质 阴极 阳极 离子电导率 化学工程 膜 硫化物 高能 可扩展性 离子键合 储能 纳米技术 电流密度 电导率 能量密度 纳米颗粒 相容性(地球化学) 硫化镍 离子
作者
Xiang Qi,Meng Wu,Dabing Li,Hong Liu,Lei Peng,Wanqing Ren,Yang Li,Li‐Zhen Fan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (45) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/aenm.202503914
摘要

Abstract All‐solid‐state Li‐metal batteries (ASSLMBs) integrating sulfide electrolyte membranes with Li‐metal anodes and Ni‐rich layered cathodes represent a pragmatic strategy for realizing the elusive 400 Wh kg −1 . Nevertheless, their implementation is plagued by exacerbated electrode/electrolyte interfacial incompatibilities and mechanical failures that degrade energy output and cycling stability. Herein, a versatile dual‐interface engineering paradigm is proposed that combines Li 5.3 PS 4.3 ClBr 0.7 (LPSCB) electrolyte with great Li‐metal compatibility and Li 1.75 ZrCl 4.35 O 0.5 F 0.4 (LZCOF) electrolyte with superior cathode compatibility. The robust 40‐µm‐thick LPSCB membrane achieves ultrahigh ionic conductivity (3.05 mS cm −1 ) and dendrite suppression capability (critical current density reaching 1.5 mA cm −2 ). Meanwhile, micron‐sized LZCOF particles are uniformly coated on LiNi 0.88 Co 0.06 Mn 0.06 O 2 (NCM88) cathode through facile ball‐milling, substantially mitigating interfacial degradation. Therefore, well‐configured LZCOF@NCM88/LPSCB membrane/Li cells demonstrate exceptional fast‐charging capability (136.1 mAh g −1 at 1.0 C), and capacity retention (88.9% retention after 1000 cycles at 0.5 C). Furthermore, the ASSLMB at 30 °C attains a remarkable cell‐level energy density of 414.3 Wh kg −1 at a high loading of 4.62 mAh cm −2 and maintains stability for 400 cycles. This work represents a scalable dual‐interface engineering strategy enabling sulfide membranes for high‐energy ASSLMBs.
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