Ultrastable Anode/Electrolyte Interface in Solid-State Lithium-Metal Batteries Using LiCux Nanowire Network Host

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作者
Qiushi Dai,Jun Zhao,Hongjun Ye,Jingzhao Chen,Yong Su,Tingting Yang,Qiunan Liu,Haiming Sun,Hui Li,Jingming Yao,Zhiying Gao,Xingjie Fu,Dingding Zhu,Jitong Yan,Mingyu Li,Hailong Qiu,Qiao Huang,Liqiang Zhang,Yongfu Tang,Xiangxin Guo,Jianyu Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (36): 42822-42831 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsami.1c11613
摘要

High interfacial resistance and uncontrollable lithium (Li) dendrite are major challenges in solid-state Li-metal batteries (SSLMBs), as they lead to premature short-circuiting and failure of SSLMBs. Here, we report the synthesis of a composite anode comprising a three-dimensional LiCux nanowire network host infiltrated with Li (Li* anode) with low interfacial impedance and superior electrochemical performance. The Li* anode is fabricated by dissolving Cu foil into molten Li followed by solidification. The Li* anode exhibits good wettability with Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO) and high mechanical strength, rendering low Li*/LLZTO interfacial impedance, homogeneous deposition of Li, and suppression of Li dendrites. Consequently, the Li* anode-based symmetric cells and full cells with LiNi0.88Co0.1Al0.02O2 (NCA), LiFePO4 (LFP), and FeF2 cathodes deliver remarkable electrochemical performance. Specifically, the Li*/LLZTO/Li* symmetrical cell achieves a remarkably long cycle lifetime of 10 000 h with 0.1 mA·cm–2; the Li*/LLZTO/NCA full cell maintains capacity retention of 73.4% after 500 cycles at 0.5C; and all-solid-state Li*/LLZTO/FeF2 full cell achieves a reversible capacity of 147 mAh·g–1 after 500 cycles at 100 mA·g–1. This work demonstrates potential design tactics for an ultrastable Li*/garnet interface to enable high-performance SSLMBs.
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