4.8 V and All‐Climate (−60 to 55°C) All‐Solid‐State Batteries Enabled by Dual‐Phase Symbiotic Halide Solid Electrolytes

电解质 纳米晶材料 材料科学 无定形固体 卤化物 化学工程 离子电导率 电化学 热稳定性 快离子导体 锂(药物) 纳米技术 相(物质) 阴极 阳极 电导率 离子键合 钛酸锂 化学稳定性 无机化学
作者
Zihan Xu,Ao Zeng,Kesheng Gao,Zhigang Zhang,Yoshihiro Kuroiwa,Sangwook Kim,Enyue Zhao,Xiaoling Xiao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e4852008-e4852008
标识
DOI:10.1002/anie.4852008
摘要

ABSTRACT Overcoming the intrinsic trade‐off between high‐voltage compatibility, thermal stability, and low‐temperature ionic conductivity in halide solid electrolytes remains a critical challenge for advancing all‐solid‐state lithium batteries (ASSLBs). Here, we propose a chemical symbiosis strategy to design a dual‐phase halide electrolyte integrating nanocrystalline LiAlCl 4 with amorphous Li‐M‐O‐Cl (M = Ta/Al) phases. This innovative architecture synergistically combines the ultra‐high‐voltage stability (up to 4.8 V) of the crystalline phase with the low‐energy‐barrier ion transport pathways in the amorphous matrix. The designed electrolyte exhibits exceptional electrochemical performance under extreme conditions. It enables the ASSLBs to achieve a 90.5% capacity retention after 100 cycles at 4.8 V, maintain a specific capacity of 133 mA h g −1 over 500 cycles at 55 °C and 3 C, and deliver unprecedented low‐temperature performance with a capacity of 109.6 mA h g −1 and 1800‐h stability under dual extreme conditions of −60°C and 4.8 V. Comprehensive characterization reveals the amorphous phase facilitates facile percolation networks for rapid Li + conduction, while the nanocrystalline domains maintain structural integrity against high‐voltage degradation. The electrolyte's broad compatibility with diverse cathodes (LiCoO 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ) also underscores its versatility for high‐energy ASSLBs.
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