Modulating physicochemical interfaces enables li-rich oxides based ceramic solid-state li batteries under ambient conditions

电解质 陶瓷 锂(药物) 聚合物 材料科学 聚合 电化学 纳米技术 双功能 金属 电极 化学工程 化学稳定性 金属锂 电化学窗口 相间 无机化学 氧气 吸附
作者
Xinchao Hu,Shuqi Shen,Jiantao Li,Jiansen Wen,Mengjian Fan,Sungsik Lee,Yinggan Zhang,Hualong Wu,Guiyang Gao,Yuanyuan Liu,Shiyu Zhang,Chengkun Zhang,Baisheng Sa,Laisen Wang,Dong‐Liang Peng,Khalil Amine,Qingshui Xie
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 9338-9338 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41467-025-64396-w
摘要

Li-rich layered oxides exhibit promising potential applications in high-energy-density solid-state lithium metal batteries. Nevertheless, the strong oxidative oxygen species generate at high voltage, which poses great challenges to positive electrode-side interface stability. Herein, a robust in-situ polymerization gel polymer electrolyte with bifunctional additives is designed for interface modification. These additives, include lithium difluoro(oxalate) borate and LiPO2F2, regulate the Li+ chemical environment in gel polymer electrolyte to enhance crosslink density without residual oligomer, which reduce gas generation and suppress contact loss, thus avoiding interfacial impedance divergence. Concurrently, the designed gel polymer electrolyte enables a wide electrochemical stability window (up to 4.7 V) and a high Li+ transference number (0.82). Additionally, the additives induced F- and B-rich inorganic cathode-electrolyte interphase inhibits side reactions and oxygen/transition metal loss effectively, stabilizing the chemical interface. The as-constructed Li-rich layered oxides-based ceramic solid-state lithium metal batteries with gel polymer electrolyte interface modification exert a high discharge capacity of 276.5 mAh g-1 at 30 °C without external pressure, delivering a retention of 81.7% after 100 cycles at 25 mA g-1 during 2.0-4.7 V. This work provides a guideline for developing high-voltage solid-state lithium metal batteries via interfacial design.
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