Amphipathic Binder Integrating Ultrathin and Highly Ion‐Conductive Sulfide Membrane for Cell‐Level High‐Energy‐Density All‐Solid‐State Batteries

材料科学 膜 化学工程 电解质 硫化物 纤维素 电极 物理化学 化学 生物化学 工程类 冶金
作者
Daxian Cao,Qiang Li,Xiao Sun,Ying Wang,Xianhui Zhao,Ercan Cakmak,Wentao Liang,Alexander Anderson,Soydan Ozcan,Hongli Zhu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (52): e2105505-e2105505 被引量:116
标识
DOI:10.1002/adma.202105505
摘要

Current sulfide solid-state electrolyte (SE) membranes utilized in all-solid-state lithium batteries (ASLBs) have a high thickness (0.5-1.0 mm) and low ion conductance (<25 mS), which limit the cell-level energy and power densities. Based on ethyl cellulose's unique amphipathic molecular structure, superior thermal stability, and excellent binding capability, this work fabricates a freestanding SE membrane with an ultralow thickness of 47 µm. With ethyl cellulose as an effective disperser and a binder, the Li6 PS5 Cl is uniformly dispersed in toluene and possesses superior film formability. In addition, an ultralow areal resistance of 4.32 Ω cm-2 and a remarkable ion conductance of 291 mS (one order higher than the state-of-the-art sulfide SE membrane) are achieved. The ASLBs assembled with this SE membrane deliver cell-level high gravimetric and volumetric energy densities of 175 Wh kg-1 and 675 Wh L-1 , individually.
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