Design of a lithiophilic and electron-blocking interlayer for dendrite-free lithium-metal solid-state batteries

材料科学 阴极 电解质 法拉第效率 锂(药物) 电流密度 枝晶(数学) 金属锂 纳米技术 化学工程 化学 电极 医学 物理 几何学 数学 物理化学 量子力学 工程类 内分泌学
作者
Sunyoung Lee,Kyeong-su Lee,Sewon Kim,Kyungho Yoon,Sangwook Han,Myeong Hwan Lee,Youngmin Ko,Joohyeon Noh,Wonju Kim,Kisuk Kang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:8 (30): eabq0153-eabq0153 被引量:159
标识
DOI:10.1126/sciadv.abq0153
摘要

All-solid-state batteries are a potential game changer in the energy storage market; however, their practical employment has been hampered by premature short circuits caused by the lithium dendritic growth through the solid electrolyte. Here, we demonstrate that a rational layer-by-layer strategy using a lithiophilic and electron-blocking multilayer can substantially enhance the performance/stability of the system by effectively blocking the electron leakage and maintaining low electronic conductivity even at high temperature (60°C) or under high electric field (3 V) while sustaining low interfacial resistance (13.4 ohm cm 2 ). It subsequently results in a homogeneous lithium plating/stripping, thereby aiding in achieving one of the highest critical current densities (~3.1 mA cm −2 ) at 60°C in a symmetric cell. A full cell paired with a commercial-level cathode exhibits exceptionally long durability (>3000 cycles) and coulombic efficiency (99.96%) at a high current density (2 C; ~1.0 mA cm −2 ), which records the highest performance among all-solid-state lithium metal batteries reported to date.
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