Engineering Janus Interfaces of Ceramic Electrolyte via Distinct Functional Polymers for Stable High-Voltage Li-Metal Batteries

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作者
Jia‐Yan Liang,Xian‐Xiang Zeng,Xu‐Dong Zhang,Tong‐Tong Zuo,Min Yan,Ya‐Xia Yin,Ji‐Lei Shi,Xiongwei Wu,Yu‐Guo Guo,Li‐Jun Wan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (23): 9165-9169 被引量:314
标识
DOI:10.1021/jacs.9b03517
摘要

The fast-ionic-conducting ceramic electrolyte is promising for next-generation high-energy-density Li-metal batteries, yet its application suffers from the high interfacial resistance and poor interfacial stability. In this study, the compatible solid-state electrolyte was designed by coating Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3 (LATP) with polyacrylonitrile (PAN) and polyethylene oxide (PEO) oppositely to satisfy deliberately the disparate interface demands. Wherein, the upper PAN constructs soft-contact with LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2, and the lower PEO protects LATP from being reduced, guaranteeing high-voltage tolerance and improved stability toward Li-metal anode performed in one ceramic. Moreover, the core function of LATP is amplified to guide homogeneous ions distribution and hence suppresses the formation of a space-charge layer across interfaces, uncovered by the COMSOL Multiphysics concentration field simulation. Thus, such a bifunctional modified ceramic electrolyte integrates the respective superiority to render Li-metal batteries with excellent cycling stability (89% after 120 cycles), high Coulombic efficiency (exceeding 99.5% per cycle), and a dendrite-free Li anode at 60 °C, which represents an overall design of ceramic interface engineering for future practical solid battery systems.
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