Interface Design for High‐Performance All‐Solid‐State Lithium Batteries

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作者
Hongli Wan,Bao Zhang,Sufu Liu,Zeyi Wang,Feng Xu,Chunsheng Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (19) 被引量:46
标识
DOI:10.1002/aenm.202303046
摘要

Abstract All‐solid‐state batteries suffer from high interface resistance and lithium dendrite growth leading to low Li plating/stripping Coulombic efficiency (CE) of <90% and low critical current density at high capacity. Here, simultaneously addresses both challenges are simultaneously addressed and the Li plating/stripping CE is significantly increased to 99.6% at 0.2 mA cm −2 /0.2 mAh cm −2 , and critical current density (CCD) of > 3.0 mA cm −2 /3.0 mAh cm −2 by inserting a mixed ionic‐electronic conductive (MIEC) and lithiophobic LiF‐C‐Li 3 N‐Bi nanocomposite interlayer between Li 6 PS 5 Cl electrolyte and Li anode. The highly lithiophobic LiF‐C‐Li 3 N‐Bi interlayer with high ionic conductivity (10 −5 S cm −1 ) and low electronic conductivity (3.4×10 −7 S cm −1 ) enables Li to plate on the current collector (CC) surface rather than on Li 6 PS 5 Cl surface avoiding Li 6 PS 5 Cl electrolyte reduction. During initial Li plating on CC, Li penetrates into porous LiF‐C‐Li 3 N‐Bi interlayer and lithiates Bi nanoparticles into Li 3 Bi. The lithiophilic Li 3 Bi and Li 3 N nanoparticles in LiF‐C‐Li 3 N‐Li 3 Bi sub‐interlayer will move to CC along with plated Li, forming LiF‐C/Li 3 N‐Li 3 Bi lithiophobic/lithiophilic sublayer during the following Li stripping. This interlayer enables Co 0.1 Fe 0.9 S 2 /Li 6 PS 5 Cl/Li cell with an areal capacity of 1.4 mAh cm −2 to achieve a cycle life of >850 cycles at 150 mA g −1 . The lithiophobic/lithiophilic interlayer enables solid‐state metal batteries to simultaneously achieve high energy and long cycle life.
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