Improved Lithium Ionic Conductivity in Composite Polymer Electrolytes with Oxide-Ion Conducting Nanowires

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作者
Wei Liu,Dingchang Lin,Jie Sun,Guangmin Zhou,Yi Cui
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:10 (12): 11407-11413 被引量:422
标识
DOI:10.1021/acsnano.6b06797
摘要

Solid Li-ion electrolytes used in all-solid-state lithium-ion batteries (LIBs) are being considered to replace conventional liquid electrolytes that have leakage, flammability, and poor chemical stability issues, which represents one major challenge and opportunity for next-generation high-energy-density batteries. However, the low mobility of lithium ions in solid electrolytes limits their practical applications. Here, we report a solid composite polymer electrolyte with Y2O3-doped ZrO2 (YSZ) nanowires that are enriched with positive-charged oxygen vacancies. The morphologies and ionic conductivities have been studied systemically according to concentration of Y2O3 dopant in the nanowires. In comparison to the conventional filler-free electrolyte with a conductivity of 3.62 × 10-7 S cm-1, the composite polymer electrolytes with the YSZ nanowires show much higher ionic conductivity. It indicates that incorporation of 7 mol % of Y2O3-doped ZrO2 nanowires results in the highest ionic conductivity of 1.07 × 10-5 S cm-1 at 30 °C. This conductivity enhancement originates from the positive-charged oxygen vacancies on the surfaces of the nanowires that could associate with anions and then release more Li ions. Our work demonstrates a composite polymer electrolyte with oxygen-ion conductive nanowires that could address the challenges of all-solid-state LIBs.
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