Macroscopically uniform interface layer with Li+ conductive channels for high-performance Li metal batteries

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作者
Qian Chen,Binyin Gao,Zhilin Yang,Yong Li,Qingwei Zhai,Yangyu Jia,Qiannan Zhang,Xiaokang Gu,Jinghan Zuo,Lei Wang,Tianshuai Wang,Pengbo Zhai,Cheng Yang,Yongji Gong
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:10
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54310-1
摘要

The numerous grainboundaries solid electrolyte interface, whether naturally occurring or artificially designed, leads to non-uniform Li metal deposition and consequently results in poor full-battery performance. Herein, a lithium-ion selective transport layer is reported to achieve a highly efficient and dendrite-free lithium metal anode. The layer-by-layer assembled protonated carbon nitride nanosheets present uniform macroscopical structure without grainboundaries. The carbon nitride with ordered pores in basal plane provides high-speed lithium-ion transport channels with low tortuosity. Consequently, the assembled 324 Wh kg−1 pouch cell exhibits 300 stable cycles with a capacity retention of 90.0% and an average Coulombic efficiency up to 99.7%. The ultra-dense Li metal anode makes current collector-free anode possible, achieving high energy density and long cycle life of a 7 Ah cell (506 Wh kg−1, 160 cycles). Thus, it is proved that a macroscopically uniform interface layer with lithium-ion conductive channels could achieve Li metal battery with promising application potential. Here, authors report a macroscopical grain boundary-free interface layer with microscopic Li + -selective conductive channels enables the ultra-dense Li metal deposition, resulting in a high energy density (506 Wh kg−1) and long cycle life (160 cycles) pouch cell performance.
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