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

陶瓷 材料科学 固态 纳米技术 化学工程 化学 复合材料 物理化学 工程类
作者
Xinchao Hu,Shuqi Shen,Jiantao Li,Jiansen Wen,Mengjian Fan,Sungsik Lee,Yinggan Zhang,H. 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 [Springer Nature]
卷期号:16 (1): 9338-9338
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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