Molecular coordination induced high ionic conductivity of composite electrolytes and stable LiF/Li3N interface in long-term cycling all-solid-state lithium metal batteries

材料科学 锂(药物) 电解质 离子电导率 复合数 氧化物 介孔材料 电导率 化学工程 复合材料 电极 冶金 物理化学 催化作用 有机化学 工程类 内分泌学 化学 医学
作者
Shujie Liu,Xianlei Shen,Liying Wei,Rui Wang,Bin Ding,Jianyong Yu,Jianhua Yan
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:59: 102773-102773 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102773
摘要

Composite polymer/oxide electrolyte (CPE) is a promising candidate for all-solid-state lithium metal batteries (ASSLMBs), but controlling the interactions between components in CPEs to achieve high efficient Li+-transport and stable CPE/electrode interface is a challenge. Here, we report a mesoporous black LaxCoO3-δ nanofiber (NF) film with tunable cationic defects to regulate the molecular coordination with PEO/LiTFSI matrix and realize stable operations of ASSLMBs over 1000 cycles. By tuning the A-site defects from x = 1.0 to 0.8, the LaxCoO3-δ NFs show gradually enhanced coordination with PEO/LiTFSI, achieving a high ionic conductivity of 2.5 × 10−4 S/cm at 30 °C. Moreover, the defective La0.8CoO3-δ can catalyze the formation of stable LiF/Li3N interfacial layers, which possess high Li+-conduction kinetics and interfacial energy, thus enabling stable battery operations even at high currents. As a result, the LiFePO4-based ASSLMBs show a long life of >1000 cycles at 0.2 C with a capacity retention of >75%, and they can deliver a high discharge capacity of 142 mA h g−1 at 1 C with a capacity retention of 92.2% over 300 cycles. Importantly, this molecular coordination strategy is still effective when extended to other defective oxides, thus providing a universal method to design high-performance CPEs.
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