Iron as a Sulfidation‐Resistant Current Collector for Negative Electrode in Sulfide‐Based All‐Solid‐Batteries

集电器 电解质 材料科学 硫化 硫化物 电化学 电池(电) 电极 氧化物 化学工程 电流密度 硫化铜 无机化学 冶金 化学 热力学 硫黄 功率(物理) 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Hye Jun Kim,Hyojoo Lee,Ghee Young Kwon,Jiyun Kim,Dong Seop Jeong,Hun‐Gi Jung,Jong‐Seong Bae,Daiha Shin,Jiung Cho,Jung Ho Kim,Hyun-Seung Kim,Junyoung Mun,Ohmin Kwon
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202409523
摘要

Abstract The demand for all‐solid‐state batteries (ASSBs) featuring credible Li 6 PS 5 Cl argyrodite (LPSCl) electrolytes is increasing, driving interest in exploring suitable current collectors for ASSBs. Copper (Cu), used as a current collector in traditional lithium‐ion batteries, exhibits significant instability in LPSCl‐ASSBs. In this study, the effectiveness of iron (Fe) is systematically investigated as an alternative current collector in LPSCl‐ASSBs and compare its performance to that of Cu. Electrochemical analyses reveal that Cu undergoes unfavorable side reactions with LPSCl, forming copper sulfides and leading to pitting corrosion. In contrast, Fe, with its thick native oxide layer, effectively mitigates sulfide sub‐reactions, enhancing the stability of the current collector‐LPSCl electrolyte interface. Density function theory calculations and thermal tools using XRD and linear thermammetry confirm the higher stability of Fe with LPSCl compared to Cu. Replacing the Cu current collector with Fe significantly improves the long‐term stability of graphite‐based negative electrodes in ASSBs, achieving exceptional long cycleability exceeding 1000 cycles. These findings identify Fe as a promising current collector for ASSBs and provide valuable insights into the metal‐electrolyte interactions that govern the performance of these advanced battery systems.
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