Intercalated Electrolyte with High Transference Number for Dendrite‐Free Solid‐State Lithium Batteries

材料科学 阳极 电解质 锂(药物) 离子电导率 电化学窗口 碳酸乙烯酯 电化学 电池(电) 快离子导体 极化(电化学) 化学工程 电极 物理化学 医学 化学 内分泌学 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Long Chen,Wenxin Li,Li‐Zhen Fan,Nan Chen,Qiang Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (28) 被引量:244
标识
DOI:10.1002/adfm.201901047
摘要

Abstract Solid‐state lithium (Li) batteries using solid electrolytes and Li anodes are highly desirable because of their high energy densities and intrinsic safety. However, low ambient‐temperature conductivity and poor interface compatibility of solid electrolytes as well as Li dendrite formation cause large polarization and poor cycling stability. Herein, a high transference number intercalated composite solid electrolyte (CSE) is prepared by the combination of a solution‐casting and hot‐pressing method using layered lithium montmorillonite, poly(ethylene carbonate), lithium bis(fluorosulfonyl)imide, high‐voltage fluoroethylene carbonate additive, and poly(tetrafluoroethylene) binder. The electrolyte presents high ionic conductivity (3.5 × 10 −4 S cm −1 ), a wide electrochemical window (4.6 V vs Li + /Li), and high ionic transference number (0.83) at 25 °C. In addition, a 3D Li anode is also fabricated via a facile thermal infusion strategy. The synergistic effect of high transference number intercalated electrolyte and 3D Li anode is more favorable to suppress Li dendrites in a working battery. The solid‐state batteries based on LiFePO 4 (Al 2 O 3 @ LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ), CSE, and 3D Li deliver admirable cycling stability with discharge capacity 145.9 mAh g −1 (150.7 mAh g −1 ) and capacity retention 91.9% after 200 cycles at 0.5 C (92.0% after 100 cycles at 0.2 C) at 25 °C. This work affords a splendid strategy for high‐performance solid‐state battery.
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