Dual-functional interfaces for highly stable Ni-rich layered cathodes in sulfide all-solid-state batteries

材料科学 硫化物 阴极 电解质 X射线光电子能谱 电化学 极化(电化学) 氧化物 电极 化学工程 物理化学 冶金 工程类 化学
作者
Sixu Deng,Xia Li,Zhouhong Ren,Weihan Li,Jing Luo,Jianwen Liang,Jianneng Liang,Mohammad Norouzi Banis,Minsi Li,Yang Zhao,Xiaona Li,Changhong Wang,Yipeng Sun,Qian Sun,Ruying Li,Yongfeng Hu,Huan Huang,Li Zhang,Shigang Lu,Jun Luo
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:27: 117-123 被引量:145
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2020.01.009
摘要

All-solid-state lithium-ion batteries (ASSLIBs) are expected as safe and high-performance alternatives to replace the conventional liquid-based lithium-ion batteries. However, the incompatible interface between the most cathode materials and sulfide-based solid electrolytes is still challenging the stable delivery of electrochemical performance for ASSLIBs. Herein, a dual-functional Li3PO4 (LPO) modification is designed for Ni-rich layered oxide cathodes in sulfide-based ASSLIBs to realize the high performance. The modified cathode demonstrates a significantly improved initial capacity of 170.6 ​mAh g-1 at 0.1C, better rate capability, and reduced polarization compared to the bare cathode. More importantly, a stable long-term cycling is achieved with a low capacity degradation rate of 0.22 ​mAh g-1 per cycle for 300 cycles at 0.2C. The detailed surface chemical and structural evolutions are studied via X-ray absorption near edge spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and transmission electron microscopy. The results indicate that the LPO modification not only significantly suppresses the side-reactions with sulfide electrolyte but also helps to alleviate the deterioration of the microstructural cracks during the electrochemical reactions. This work provides an ideal and controllable interfacial design for realizing high performance sulfide-based ASSLIBs, which is readily applicable to other solid-state battery systems.
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