Enabling Stable Cycling of 4.2 V High‐Voltage All‐Solid‐State Batteries with PEO‐Based Solid Electrolyte

材料科学 电解质 阴极 化学工程 氧化物 准固态 氧化剂 电极 电化学窗口 电池(电) 电化学 离子电导率 化学 物理化学 功率(物理) 物理 有机化学 量子力学 工程类 冶金 色素敏化染料
作者
Jiliang Qiu,Xinyu Liu,Rusong Chen,Qinghao Li,Yi Wang,Penghao Chen,Luyu Gan,Sang‐Jun Lee,Dennis Nordlund,Yijin Liu,Xiqian Yu,Xuedong Bai,Hong Li,Liquan Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (22) 被引量:297
标识
DOI:10.1002/adfm.201909392
摘要

Abstract Poly(ethylene oxide) (PEO)‐based solid electrolytes are expected to be exploited in solid‐state batteries with high safety. Its narrow electrochemical window, however, limits the potential for high voltage and high energy density applications. Herein the electrochemical oxidation behavior of PEO and the failure mechanisms of LiCoO 2 ‐PEO solid‐state batteries are studied. It is found that although for pure PEO it starts to oxidize at a voltage of above 3.9 V versus Li/Li + , the decomposition products have appropriate Li + conductivity that unexpectedly form a relatively stable cathode electrolyte interphase (CEI) layer at the PEO and electrode interface. The performance degradation of the LiCoO 2 ‐PEO battery originates from the strong oxidizing ability of LiCoO 2 after delithiation at high voltages, which accelerates the decomposition of PEO and drives the self‐oxygen‐release of LiCoO 2 , leading to the unceasing growth of CEI and the destruction of the LiCoO 2 surface. When LiCoO 2 is well coated or a stable cathode LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 is used, a substantially improved electrochemical performance can be achieved, with 88.6% capacity retention after 50 cycles for Li 1.4 Al 0.4 Ti 1.6 (PO 4 ) 3 coated LiCoO 2 and 90.3% capacity retention after 100 cycles for LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 . The results suggest that, when paired with stable cathodes, the PEO‐based solid polymer electrolytes could be compatible with high voltage operation.
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