Converting an O-vacancy-rich oxide into a multifunctional separator modifier for long-lifespan lithium metal batteries

分离器(采油) 阳极 成核 材料科学 氧化物 金属 化学工程 金属锂 纳米技术 冶金 化学 电极 物理 物理化学 热力学 有机化学 工程类
作者
Juntao Si,Xiaoying Li,Yixuan Li,Kuo Cao,Yiran Zhu,Chunhua Chen
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:97: 371-378 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.06.002
摘要

The lithium metal anode is hailed as the desired "holy grail" for the forthcoming generation of high-energy-density batteries, given its astounding theoretical capacity and low potential. Nonetheless, the formation and growth of dendrites seriously compromise battery life and safety. Herein, an yttria-stabilized bismuth oxide (YSB) layer is fabricated on the polypropylene (PP) separator, where YSB reacts with Li anode in-situ in the cell to form a multi-component composite interlayer consisting of Li3Bi, Li2O, and Y2O3. The interlayer can function not only as a redistributor to regulate Li+ distribution but also as an anion adsorber to increase the Li+ transference number from 0.37 to 0.79 for suppressing dendrite nucleation and growth. Consequently, compared with the cell with a baseline separator, those with modified separators exhibit prolonged lifespan in both Li/Li symmetrical cells and Li/Cu half-cells. Notably, the full cells coupled with ultrahigh-loading LiFePO4 display an excellent cycling performance of 1700 cycles with a high capacity retention of ∼80% at 1 C, exhibiting great potential for practical applications. This work provides a feasible and effective new strategy for separator modification towards building a much-anticipated dendrite-free Li anode and realizing long-lifespan lithium metal batteries.
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