Improved Interfacial Stability of an Iron Trifluoride Cathode with a Yolk–Shell Structure in Sulfide-Based All-Solid-State Lithium Batteries

材料科学 锂(药物) 硫化物 阴极 固态 三氟化钠 化学工程 磷酸钒锂电池 壳体(结构) 无机化学 阳极 物理化学 复合材料 电极 冶金 医学 化学 工程类 内分泌学
作者
Long Xie,Xuedong Zhang,Huan Hu,Junyu Chen,Yuxuan Zhang,Ping Xiao,Xing He,Zhenyu Wang,Hongxia Gu,Jianyu Huang,Qiao Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (22): 33036-33046 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.5c02940
摘要

Incorporating conversion-type cathodes such as iron trifluoride (FeF 3 ) into sulfide-based all-solid-state lithium batteries (ASSLBs) can significantly enhance the energy density. However, challenges such as interfacial side reactions and volume-change-induced poor physical contact between sulfide electrolytes and FeF 3 limit their application. Herein, a yolk–shell (YS) structure with FeF 3 as the yolk and fluorine (F)-doped carbon as the shell was successfully designed. Thanks to this electrode design, the ASSLBs achieve a discharge capacity of 318 mAh·g –1 after 400 cycles at 0.2 C, facilitated by the optimized void space in the shell. Moreover, ASSLBs demonstrate excellent cycling life and capacity retention across a broad temperature range from 0 °C (140 mAh·g –1 after 200 cycles at 0.2 C) to 60 °C (410 mAh·g –1 after 200 cycles at 0.2 C). Postanalysis indicates that the shell effectively not only mitigates interfacial side reactions but also accommodates the volume expansion of FeF 3 during cycling while maintaining excellent contact between the shell and the sulfide electrolyte. This chemically and physically stable interface ensures the good cycling reversibility of FeF 3 . This work underscores the critical importance of YS structural design in stabilizing the interface between conversion-type cathodes and solid electrolytes, thereby accelerating the practical application of FeF 3 cathodes with increased energy densities in ASSLBs.
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