Regenerative Solid Interfaces Enhance High-Performance All-Solid-State Lithium Batteries

材料科学 固态 锂(药物) 纳米技术 工程物理 工程类 医学 内分泌学
作者
Zhaoxin Yu,Yaobin Xu,Michael Kindle,Daniel Marty,Grace Deng,Chongmin Wang,Jie Xiao,Jun Liu,Dongping Lu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (18): 11955-11963 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c02197
摘要

The performance of all-solid-state lithium batteries (ASSLBs) is significantly impacted by lithium interfacial instability, which originates from the dynamic chemical, morphological, and mechanical changes during deep Li plating and stripping. In this study, we introduce a facile approach to generate a conductive and regenerative solid interface, enhancing both the Li interfacial stability and overall cell performance. The regenerative interface is primarily composed of nanosized lithium iodide (nano-LiI), which originates in situ from the adopted solid-state electrolyte (SSE). During cell operation, the nano-LiI interfacial layer can reversibly diffuse back and forth in synchronization with Li plating and stripping. The interface and dynamic process improve the adhesion and Li+ transport between the Li anode and SSE, facilitating uniform Li plating and stripping. As a result, the metallic Li anode operates stably for over 1000 h at high current densities and even under elevated temperatures. By using metallic Li as the anode directly, we demonstrate stable cycling of all-solid-state Li-sulfur batteries for over 250 cycles at an areal capacity of >2 mA h cm-2 and room temperature. This study offers insights into the design of regenerative and Li+-conductive interfaces to tackle solid interfacial challenges for high-performance ASSLBs.
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