Strong Lewis-acid coordinated PEO electrolyte achieves 4.8 V-class all-solid-state batteries over 580 Wh kg−1

电解质 班级(哲学) 路易斯酸 固态 国家(计算机科学) 化学 化学工程 计算机科学 生物化学 算法 物理化学 电极 工程类 人工智能 催化作用
作者
Hanwen An,Menglu Li,Qingsong Liu,Yajie Song,Jiaxuan Liu,Zhihang Yu,Xingjiang Liu,Biao Deng,Jiajun Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 9150-9150 被引量:145
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53094-8
摘要

Polyethylene oxide (PEO) based electrolytes critically govern the security and energy density of solid-state batteries, but typically suffer from poor oxidation resistance at high voltages, which limits the energy density of batteries. Here, we report a Lewis-acid coordinated strategy to significantly improve the cyclic stability of 4.8 V-class PEO-based battery. The introduced Mg2+ and Al3+ with strong electron-withdrawing capability weaken the electron density of ether oxygen (EO) chains via chelation in the coordination structure, resulting in a locally limited interaction between the EO chains and the surface of cathodes at high state of charge. The batteries using Lewis-acid coordinated electrolytes and Ni-rich cathodes achieve high voltage stability of 4.8 V over 300 cycles. Further, the realization of industrial-scale electrolyte membranes, and Ah-level pouch cells over 586 Wh kg‒1 with good cyclic stability, suggests the potential of our strategy in practical applications of all-solid-state batteries. This work reports a Lewis-acid coordinated strategy to improve stability of a 4.8 V-class PEO-based battery. The batteries using Lewis-acid coordinated electrolytes and Ni-rich cathodes achieve high voltage stability of 4.8 V over 300 cycles.
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