Highly stable and encapsulation-microstructural cathode derived by self-pressurization behavior in Na-halides-based all-solid-state batteries

材料科学 阴极 微观结构 氯化物 电解质 氧化物 卤化物 化学工程 电化学 离子电导率 硫化物 离子键合 快离子导体 离子 无机化学 复合材料 冶金 电极 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Lin Li,Jingming Yao,Ruonan Xu,Qiaoquan Lin,Xinlin Yan,Chuang Yu,Long Zhang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:63: 103016-103016 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.103016
摘要

The emerging halide solid electrolytes (SEs) possess superior (electro)chemical oxidation stabilities compared to sulfide SEs, but the understanding on their good compatibility toward oxide active materials needs to be further studied. Here, we develop a type of Zr-doped Na3YbCl6 chloride SEs. The optimized composition gains a high ionic conductivity and broad electrochemical oxidation window. The in situ and ex situ analyses verify that the chloride as ionic additive in the cathode is highly compatible with NaCrO2. Importantly, it is revealed that the volume change in the cathode can act a position effect on the microstructure evolution. It promotes to form a special core-shell-like structure with homogeneous chloride encapsulating NaCrO2 grains. Such a soft intimate contact promotes a uniform ion transport and mitigate (electro)chemo-mechanical stresses. The prerequisites generating this specific microstructure are proposed. The main capacity loss of the assembled all-solid-state Na batteries (ASSNBs) only occurs in the initial dozens of cycles, induced by the irreversible O3→O'3 phase transition in NaCrO2. The chloride additives with a soft feature and high oxidation-stability allow a high-quality interface in the oxide cathode and an excellent cycling stability of the ASSNBs.

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