Versatile Peroxide Route-Based Kinetics-Controlled Coating Method to Construct Uniform Alkali Metal-Containing Fast Ionic Conductor Nanoshells

化学 碱金属 动力学 导线 涂层 离子键合 纳米壳 无机化学 化学工程 金属 纳米颗粒 离子 复合材料 有机化学 量子力学 工程类 物理 材料科学
作者
Pan Mei,Yuan Zhang,Bing Ai,Luxi Hong,Chenhuan Zhou,Wei Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04519
摘要

Constructing a uniform coating of alkali metal-containing fast ionic conductors is crucial for realizing multifunctional responses and functionalities. However, the uncontrolled coprecipitation of alkali and transition metal ions, stemming from their significant difference in reactivity, poses a significant challenge in pursuing homogeneous and continuous nanoshells for fast ionic conductors. Here, we report a versatile peroxide-based kinetics-controlled coating approach for constructing alkali metal-containing fast ionic conductors using LiNbO3 as a proof-of-concept. Hydrogen peroxide (H2O2) was employed as an innovative precipitant, and the deposition kinetics could be precisely tuned by adjusting the pH value of the solution to facilitate the coprecipitation of the transition metal and ammonium/hydrogen ions. The latter could subsequently be exchanged with lithium ions and transformed into uniform LiNbO3 nanoshells after low-temperature annealing (280 °C). The obtained LiNbO3 coating layers are continuous, thickness-tunable, and exhibit significantly higher ionic conductivity, 2 orders of magnitude greater than conventional counterparts. This enhancement enables solid-state batteries with excellent cycling and rate performance. Furthermore, this method is extendable to various alkali metal-based (Li, Na, and K) fast ionic conductor nanoshells, injecting new vitality into the advanced applications of fast ionic conductors in various battery systems.

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