SnF2‐Catalyzed Lithiophilic–Lithiophobic Gradient Interface for High‐Rate PEO‐Based All‐Solid‐State Batteries

材料科学 接口(物质) 化学工程 催化作用 计算机科学 国家(计算机科学) 固态 化学 操作系统 算法 物理化学 工程类 最大气泡压力法 气泡 有机化学
作者
Kai Wu,Ao Li,Tan Jin,Fu Zhou,Hanbing Yan,Pengcheng Wang,Ting Xie,Qing Zeng,Qing Zeng,Cuiping Han,Qi Liu,Qi Liu,Baohua Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (44): e202410347-e202410347 被引量:56
标识
DOI:10.1002/anie.202410347
摘要

Polyethylene oxide (PEO)-based all-solid-state lithium metal batteries (ASSLMBs) are strongly hindered by the fast dendrite growth at the Li metal/electrolyte interface, especially under large rates. The above issue stems from the suboptimal interfacial chemistry and poor Li+ transport kinetics during cycling. Herein, a SnF2-catalyzed lithiophilic-lithiophobic gradient solid electrolyte interphase (SCG-SEI) of LixSny/LiF-Li2O is in situ formed. The superior ionic LiF-Li2O rich upper layer (17.1 nm) possesses high interfacial energy and fast Li+ diffusion channels, wherein lithiophilic LixSny alloy layer (8.4 nm) could highly reduce the nucleation overpotential with lower diffusion barrier and promote rapid electron transportation for reversible Li+ plating/stripping. Simultaneously, the insoluble SnF2-coordinated PEO promotes the rapid Li+ ion transport in the bulk phase. As a result, an over 46.7 and 3.5 times improvements for lifespan and critical current density of symmetrical cells are achieved, respectively. Furthermore, LiFePO4-based ASSLMBs deliver a recorded cycling performance at 5 C (over 1000 cycles with a capacity retention of 80.0 %). More importantly, impressive electrochemical performances and safety tests with LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 and pouch cell with LiFePO4, even under extreme conditions (i.e., 100 °C), are also demonstrated, reconfirmed the importance of lithiophilic-lithiophobic gradient interfacial chemistry in the design of high-rate ASSLMBs for safety applications.
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