Ultrastable Anode/Electrolyte Interface in Solid-State Lithium-Metal Batteries Using LiCux Nanowire Network Host

材料科学 阳极 电解质 电化学 金属 锂(药物) 溶解 化学工程 阴极 电极 纳米技术 冶金 工程类 内分泌学 物理化学 化学 医学
作者
Qiushi Dai,Jun Zhao,Hongjun Ye,Jingzhao Chen,Yong Su,Tingting Yang,Qiunan Liu,Haiming Sun,Hui Li,Jingming Yao,Zhiying Gao,Xingjie Fu,Dingding Zhu,Jitong Yan,Mingyu Li,Hailong Qiu,Qiao Huang,Liqiang Zhang,Yongfu Tang,Xiangxin Guo,Jianyu Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (36): 42822-42831 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.1c11613
摘要

High interfacial resistance and uncontrollable lithium (Li) dendrite are major challenges in solid-state Li-metal batteries (SSLMBs), as they lead to premature short-circuiting and failure of SSLMBs. Here, we report the synthesis of a composite anode comprising a three-dimensional LiCux nanowire network host infiltrated with Li (Li* anode) with low interfacial impedance and superior electrochemical performance. The Li* anode is fabricated by dissolving Cu foil into molten Li followed by solidification. The Li* anode exhibits good wettability with Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO) and high mechanical strength, rendering low Li*/LLZTO interfacial impedance, homogeneous deposition of Li, and suppression of Li dendrites. Consequently, the Li* anode-based symmetric cells and full cells with LiNi0.88Co0.1Al0.02O2 (NCA), LiFePO4 (LFP), and FeF2 cathodes deliver remarkable electrochemical performance. Specifically, the Li*/LLZTO/Li* symmetrical cell achieves a remarkably long cycle lifetime of 10 000 h with 0.1 mA·cm–2; the Li*/LLZTO/NCA full cell maintains capacity retention of 73.4% after 500 cycles at 0.5C; and all-solid-state Li*/LLZTO/FeF2 full cell achieves a reversible capacity of 147 mAh·g–1 after 500 cycles at 100 mA·g–1. This work demonstrates potential design tactics for an ultrastable Li*/garnet interface to enable high-performance SSLMBs.
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