In Situ Grown Multi‐Functional Siloxane‐Based Organic–Inorganic Hybrid Matrix toward Robust Sulfide‐Lithium Metal Interface for All‐Solid‐State Batteries

材料科学 电解质 锂(药物) 相间 化学工程 金属 溶解 硫化物 聚合 枝晶(数学) 金属锂 电极 基质(化学分析) 硫化铅 表面能 储能 电化学 电流密度 纳米技术 混合材料 原位 动力学 原位聚合
作者
Kun Song,Xutao Pan,Siwu Li,Weiwei Wu,Chuang Yu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (41) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.202532071
摘要

ABSTRACT All‐solid‐state lithium metal batteries (ASSLMBs) employing sulfide electrolytes promise superior energy density and safety but are hindered by interfacial chemical incompatibility and mechanical failure between sulfide electrolytes and lithium metal. Herein we construct a multi‐functional siloxane‐based organic–inorganic hybrid interphase (PD3F‐Li) through in situ reduced inorganic nanodomains (LiIn/In, LiF and LiSi x O y ) within a flexible siloxane network directly on the lithium surface via ring‐opening polymerization of 1,3,5‐trimethyl‐1,3,5‐tris(3,3,3‐trifluoropropyl) cyclotrisiloxane (D3F). The one‐pot solution process forms a 10 µm‐thick interlayer chemically immune to Li 5.5 PS 4.5 Cl 1.5 (LPSC) and mechanically stable toward lithium dendrites. Moreover, the hybrid matrix blocks interfacial side reactions, suppresses dendrite propagation and sustains intimate contact and fast ion transport kinetics during lithium plating/stripping. Resultantly, the symmetric cell PD3F‐Li||PD3F‐Li delivers an ultrahigh critical current density of 3.8 mA cm −2 . Full cell PD3F‐Li|LPSC|LiNi 0.7 Co 0.1 Mn 0.2 O 2 delivers an initial capacity of 136.0 mA h g −1 , a high‐capacity retention of 84.6 after 250 cycles, which is more than 2 times higher than those of the bare Li cell (36.7%). The full cell also achieves a long cycle life of 1100 cycles with capacity retention of 79.5% at 2C. This siloxane‐In‐coupled chemistry offers a scalable, low‐cost route to construct durable sulfide–lithium interfaces for next‐generation high‐energy‐density and long‐cycle life ASSLMBs.
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