Bilayer Halide Electrolytes for All-Inorganic Solid-State Lithium-Metal Batteries with Excellent Interfacial Compatibility

材料科学 卤化物 电解质 阳极 热稳定性 双层 电化学 相容性(地球化学) 化学工程 阴极 金属 金属锂 无机化学 电极 复合材料 冶金 物理化学 化学 工程类 生物化学
作者
Zhi Deng,Jin Zhou,Diancheng Chen,Dixing Ni,Mengyu Tian,Yuanjie Zhan,Shuai Li,Yang Sun,Xuejie Huang,Yusheng Zhao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (43): 48619-48626 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsami.2c12444
摘要

Inorganic solid-state electrolytes (ISSEs) have been extensively researched as the critical component in all-solid-state lithium-metal batteries (ASSLMBs). Many ISSEs exhibit high ionic conductivities up to 10-3 S cm-1. However, most of them suffer from poor interfacial compatibility with electrodes, especially lithium-metal anodes, limiting their application in high-performance ASSLMBs. To achieve good interfacial compatibility with a high-voltage cathode and a lithium-metal anode simultaneously, we propose Li3InCl6/Li2OHCl bilayer halide ISSEs with complementary advantages. In addition to the improved interfacial compatibility, the Li3InCl6/Li2OHCl bilayer halide ISSEs exhibit good thermal stability up to 160 °C. The Li-symmetric cells with sandwich electrolytes Li2OHCl/Li3InCl6/Li2OHCl exhibit long cycling life of over 300 h and a high critical current density of over 0.6 mA cm-2 at 80 °C. Moreover, the all-inorganic solid-state lithium-metal batteries (AISSLMBs) LiFePO4-Li3InCl6/Li3InCl6/Li2OHCl/Li fabricated by a facile cold-press method exhibit good rate performance and long-term cycling stability that stably cycle for about 3000 h at 80 °C. This work presents a facile and cost-effective method to construct bilayer halide ISSEs, enabling the development of high-performance AISSLMBs with good interfacial compatibility and thermal stability.
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