The multicomponent synergistic effect of a hierarchical Li0.485La0.505TiO3 solid-state electrolyte for dendrite-free lithium-metal batteries

材料科学 电解质 离子电导率 电化学窗口 电化学 化学工程 X射线光电子能谱 介电谱 电导率 锂(药物) 复合数 电极 复合材料 物理化学 化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Huanhui Chen,Liang Yu,Xingzhong Cao,Qixin Yang,Ya Liu,Yanru Wei,Junrong Zeng,Liubiao Zhong,Yejun Qiu
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (21): 7768-7777 被引量:7
标识
DOI:10.1039/d2nr01143c
摘要

Development of a composite electrolyte with high ionic conductivity, excellent electrochemical stability and preeminent mechanical strength is beneficial for suppressing Li-dendrite penetration and unstable interfacial reactions in solid-state Li-metal batteries. Herein, a novel composite electrolyte material comprising perovskite Li0.485La0.505TiO3 (LLTO), poly(ethylene oxide) (PEO), and a barium titanate (BTO)-polyimide (PI) composite matrix has been successfully fabricated. Benefiting from the well-defined ion channels, the resulting BTO-PI@LLTO-PEO-FEC-LiTFSI (BP@LPFL) exhibits excellent cycling stability, low interfacial resistance, enhanced mechanical strength, and high ionic conductivity. Particularly, BP@LPFL possesses an excellent ionic conductivity of 3.0 × 10-4 S cm-1 at room temperature and achieves a wide electrochemical window of 5.2 V (vs. Li+/Li). For Li-LiFePO4 batteries, such an ingenious structure yields a discharge capacity of 124 mA h g-1 at 0.1 C after 200 cycles at room temperature and delivers a discharge capacity of 165 mA h g-1 at 0.1 C after 110 cycles at 60 °C. Additionally, the symmetric Li cell remains stable after 700 h at a current density of 0.5 mA cm-2. Furthermore, ex situ X-ray photoelectron spectroscopy and ex situ scanning electron microscopy were used to verify the interface evolution. Besides, a flexible full battery is fabricated, which exhibits impressive performance. These properties presented here provide support for BP@LPFL as a feasible candidate electrolyte for solid-state lithium batteries.
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