Highly Adhesive Li-BN Nanosheet Composite Anode with Excellent Interfacial Compatibility for Solid-State Li Metal Batteries

材料科学 阳极 复合数 阴极 电化学 电解质 陶瓷 纳米片 氮化硼 纳米技术 复合材料 电极 物理化学 化学
作者
Jiayun Wen,Ying Huang,Jian Duan,Yongmin Wu,Wei Luo,Lihui Zhou,Chenchen Hu,Liqiang Huang,Xueying Zheng,Wenjuan Yang,Wen Zhang,Yunhui Huang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (12): 14549-14556 被引量:125
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b08803
摘要

Solid-state lithium metal batteries (SSLMBs) are promising energy storage devices by employing lithium metal anodes and solid-state electrolytes (SSEs) to offer high energy density and high safety. However, their efficiency is limited by Li metal/SSE interface barriers, including insufficient contact area and chemical/electrochemical incompatibility. Herein, a strategy to effectively improve the adhesiveness of Li metal to garnet-type SSE is proposed by adding only a few two-dimensional boron nitride nanosheets (BNNS) (5 wt %) into Li metal by triggering the transition from point contact to complete adhesion between Li metal and ceramic SSE. The interface between the Li-BNNS composite anode and the garnet exhibits a low interfacial resistance of 9 Ω cm2, which is significantly lower than that of bare Li/garnet interface (560 Ω cm2). Furthermore, the enhanced contact and the additional BNNS in the interface act synergistically to offer a high critical current density of 1.5 mA/cm2 and a stable electrochemical plating/striping over 380 h. Moreover, the full cell paired with the Li-BNNS composite anode and the LiFePO4 cathode shows stable cycling performance at room temperature. Our results introduce an appealing composite strategy with two-dimensional materials to overcome the interface challenges, which provide more opportunities for the development of SSLMBs.
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