Networked Solid Polymer Electrolyte Enabling 5C Fast Cycling and Enhanced Stability of Oriented LiCoO 2 All‐Solid‐State Thin Film Batteries

电解质 材料科学 阴极 电化学 离子电导率 氧化物 储能 化学工程 聚合物 薄膜 电化学窗口 快离子导体 锂钴氧化物 电导率 纳米技术 相间 锂(药物) 电极 相容性(地球化学) 相(物质) 金属 离子液体 钴 电化学储能 聚氧化乙烯 聚合物电解质 能量密度
作者
Yi‐Xiu Chen,Minh Le Nguyen,Pin‐Chuan Chao,Arijit Mitra,Li‐Kuan Liu,Chuan‐Pu Liu,Hsisheng Teng
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:10 (17): e70910-e70910
标识
DOI:10.1002/smtd.70910
摘要

ABSTRACT Polyethylene oxide (PEO)‐based solid polymer electrolytes (SPEs) have emerged as promising candidates for advancing the all‐solid‐state lithium metal batteries (ASSLMBs) market. However, conventional PEO‐based SPEs exhibit low room‐temperature (RT) ionic conductivity and limited oxidative stability (restricted to ∼4.2 V), which impedes their compatibility with high‐voltage cathodes and diminishes the achievable energy density of ASSLMBs. Here, we report the development of polymer‐in‐salt PEO‐based networked solid polymer electrolyte (NSPE) that enables stable fast cycling at 5 C and extended electrochemical stability up to 4.5 V, demonstrated using oriented LiCoO 2 (LCO) sputtered film cathodes. This system effectively overcomes the typical irreversibility of LCO cathodes above 4.3 V in conventional liquid electrolytes (LEs), which is often attributed to complex cathode–electrolyte interphase (CEI) formation, structural phase transformations, and cobalt dissolution. Furthermore, we systematically compare the electrochemical performance and interfacial evolution of cells employing conventional electrolytes with those utilizing the NSPE membrane. Our results reveal that a thin and uniform LiF‐rich CEI layer forms at the interface, which facilitates rapid Li + transport between the well‐oriented LCO films and the NSPE. Here, we provide innovative mechanistic insights into interfacial interactions between layered oxide cathodes and SPEs and offer substantial potential to accelerate the development of next‐generation energy storage systems.
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