Activating Li 2 CO 3 Passivation Layers via In Situ Chemical Reconstruction for Fast Li + Transport at Garnet Electrolyte Interfaces Toward High‐Performance Solid‐State Batteries

材料科学 电解质 钝化 化学工程 相间 无定形固体 碳酸盐 三氟甲磺酸 碳酸乙烯酯 电极 金属 扩散 复合数 锂(药物) 碳酸丙烯酯 快离子导体 离子 离子电导率 沉积(地质) 纳米技术 热传导 电阻式触摸屏 电导率 储能
作者
Dongqing Xu,Zijian Wang,C B Li,Yao Ding,Mengxuan Deng,Luyi Wang,Chenyun Wu,Yingshuang Sun,Z Y Chen,Xiaoli Zhan,Q H Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.75497
摘要

ABSTRACT Garnet‐type solid electrolytes are promising active fillers for composite solid electrolytes, offering enhanced energy density and safety. However, the uncontrolled formation of passivating and ionically insulating Li 2 CO 3 layers on garnet surfaces severely compromises interfacial contact and blocks efficient Li + transport. Here, we present a mild, solution‐phase interfacial transformation strategy using magnesium trifluoromethanesulfonate (Mg(OTf) 2 ) to reconstruct the interface. This approach chemically reconstructs the resistive Li 2 CO 3 into an ion‐conductive, amorphous Li/Mg carbonate mixed interphase enriched with LiOTf. Mechanistic studies and molecular dynamics simulations show that Li + diffusion within this Mg‐incorporated mixed carbonate network is intrinsically more favorable than in native Li 2 CO 3 , highlighting mixed carbonate chemistry as a key factor regulating interfacial ion transport and enabling continuous, fast Li + conduction pathways. Furthermore, the strategy promotes the formation of a LiF/MgF 2 ‐rich solid‐electrolyte interphase on the Li metal anode, facilitating uniform Li deposition and stripping. Consequently, Li symmetric cells achieve stable cycling over 5000 h (0.1 mA cm −2 , 0.1 mAh cm −2 ), and LiFePO 4 full cells exhibit stable long‐term cycling with a capacity retention of 87.2% after 1000 cycles at 1 C. This work provides fundamental insights into interfacial ion transport and establishes an effective strategy for designing high‐performance, durable solid‐state batteries.
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