Anion-exchange fluorinated ion conductors for stable high-voltage lithium battery

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作者
Qiaodong Li,Jingming Yao,Yue Wang,Xinyu Liu,Jiuwei Lei,Wen Yin,Zhixuan Yu,Shaojie Wang,Li Li,Xinlin Yan,Zongpu Shao,Zhenyu Wang,Wei Xia,Yue Chen,Chuang Yu,Lin Wang,Bin Wen,Bo Xu,Jianyu Huang,Long Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-74773-8
摘要

The development of high-energy all-solid-state batteries is critically hindered by the electrochemical instability of solid electrolytes against high-voltage oxide positive electrodes. While fluorination is a promising strategy to enhance electrolyte stability, conventional methods are ineffective, resulting in insufficient fluorine content and a debilitating trade-off with ionic conductivity. Here, we report a solid-state anion-exchange strategy that overcomes these limitations by producing core-shell Li-fluoride/LiCl nanocomposite precursors. These precursors enable the synthesis of heavily fluorinated lithium-halide and lithium-sulfide electrolytes that combine high ionic conductivity with good oxidative stability. This stability originates from the formation of a robust, self-limiting LiF-rich interphase at the positive electrode. Consequently, an all-solid-state battery using a Li-rich oxide positive electrode achieves high performance, retaining over 77.5% capacity after 2000 cycles at a high rate of 3 C (1 C = 275 mA/g) and a 5.0 V cutoff. This anion-exchange approach is broadly applicable to other systems and establishes a versatile platform for designing advanced fluorinated materials for next-generation batteries. Conventional fluorination cannot resolve the stability/ion-transport trade-off in solid electrolytes. Here, authors report core-shell Li-fluoride/LiCl nanocomposite precursors to synthesize heavily fluorinated Li-halide and Li-sulfide electrolytes with both high ionic conductivity and good oxidative stability.
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