Stable Oxyhalide‐Nitride Fast Ionic Conductors for All‐Solid‐State Li Metal Batteries

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作者
Baochen Ma,Ruhong Li,Haotian Zhu,Tao Zhou,Ling Lv,Haikuo Zhang,Shuo‐Qing Zhang,Long Chen,Jinze Wang,Xuezhang Xiao,Tao Deng,Lixin Chen,Chunsheng Wang,Xiulin Fan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (30): e2402324-e2402324 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adma.202402324
摘要

Rechargeable all-solid-state lithium metal batteries (ASSLMBs) utilizing inorganic solid-state electrolytes (SSEs) are promising for electric vehicles and large-scale grid energy storage. However, the Li dendrite growth in SSEs still constrains the practical utility of ASSLMBs. To achieve a high dendrite-suppression capability, SSEs must be chemically stable with Li, possess fast Li transfer kinetics, and exhibit high interface energy. Herein, a class of low-cost, eco-friendly, and sustainable oxyhalide-nitride solid electrolytes (ONSEs), denoted as LixNyIz-qLiOH (where x = 3y + z, 0 ≤ q ≤ 0.75), is designed to fulfill all the requirements. As-prepared ONSEs demonstrate chemically stable against Li and high interface energy (>43.08 meV Å-2), effectively restraining Li dendrite growth and the self-degradation at electrode interfaces. Furthermore, improved thermodynamic oxidation stability of ONSEs (>3 V vs Li+/Li, 0.45 V for pure Li3N), arising from the increased ionicity of Li─N bonds, contributes to the stability in ASSLMBs. As a proof-of-concept, the optimized ONSEs possess high ionic conductivity of 0.52 mS cm-1 and achieve long-term cycling of Li||Li symmetric cell for over 500 h. When coupled with the Li3InCl6 SSE for high-voltage cathodes, the bilayer oxyhalide-nitride/Li3InCl6 electrolyte imparts 90% capacity retention over 500 cycles for Li||1 mAh cm-2 LiCoO2 cells.
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