Sandwiched composite electrolyte with excellent interfacial contact for high-performance solid-state sodium-ion batteries

离子电导率 电解质 材料科学 电化学窗口 电导率 电化学 复合数 快离子导体 离子键合 电极 离子 化学工程 膜 化学 复合材料 物理化学 有机化学 工程类 生物化学
作者
Wenting Wang,Wenyong Yuan,Zhongjun Zhao,Pengfei Zhou,Pengju Zhang,Minghui Ding,Jiahai Bai,Junying Weng
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:652 (Pt A): 132-141 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.08.052
摘要

Solid-state sodium-ion batteries have attracted significant attention due to their rich resources, high safety, and high energy density. However, the lower ionic conductivity and inferior interfacial contact between solid-state electrolytes (SSEs) and electrodes limit their practical applications. Herein, polyvinylideneuoride-co-hexauoropropylene (PVDF-HFP) membrane is selected and a novel sandwiched composite PVDF-HFP/Na2.5Zr1.95Ce0.05Si2.2P0.8O11.3F0.7/PVDF-HFP (G-NZC0.05SPF0.7-G) SSEs is well designed. The ionic conductivity of Na3Zr2Si2PO12 is enhanced by Ce4+/F- co-doping. The effects of Ce4+ and F- doping on the crystal structure, density, and ionic conductivity for Na3Zr2Si2PO12 are well investigated. The optimal NZC0.05SPF0.7 delivers a high ionic conductivity of 1.39 × 10-3 S cm-1 at 25 ℃. Moreover, the PVDF-HFP membrane can significantly enhance the interface compatibility between NZC0.05SPF0.7 and electrodes. The as-prepared G-NZC0.05SPF0.7-G exhibits a large ionic conductivity of 1.07 × 10-3 S cm-1 at 25 ℃, wide electrochemical stability window up to 4.5 V, high critical current density of 1.2 A cm-2, and stable Na plating/stripping over 600 h at 0.3 A cm-2. The solid-state Na0.67Mn0.47Ni0.33Ti0.2O2/G-NZC0.05SPF0.7-G/Na battery delivers a remarkable cycling stability and rate capability at 25 ℃, indicating that the as-prepared G-NZC0.05SPF0.7-G has a promising application for solid-state SIBs. This study demonstrates an effective strategy to develop advanced solid-state electrolytes for solid-state SIBs.
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