Oxygen Substitution to Enhance Chemo-Mechanical Stability at the Cathode-Sulfide Electrolyte Interface in All-Solid-State Batteries

电解质 材料科学 电化学 阴极 硫化物 电池(电) 氧化物 化学工程 快离子导体 化学 电极 冶金 物理化学 热力学 物理 功率(物理) 工程类
作者
Taesoon Hwang,Jong-Hyuk Bae,So-Ri Lee,Heetaek Park,Jun-Woo Park,Yoon‐Cheol Ha,You‐Jin Lee,Kyeongjae Cho
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (34): 23320-23330 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c06345
摘要

The high interface resistance at the cathode-sulfide electrolyte interface is still a crucial drawback in an all-solid-state battery, unlike the initial expectation that the all-solid-state interface would enhance electrochemical stability by reducing side reactions at the interface. In this study, we examined the fundamental mechanism of unexpected reactions at the interface of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) and argyrodite (Li6PS5Br0.5Cl0.5, LPSBC) sulfide solid electrolytes based on the combined method of multiscale simulations and electrochemical experiments. The high interface resistance originates from the formation of a passivating layer at the interface combined with irregular atomic and electronic structures, Li depletion, mutual element exchange, and mechanical contact loss between the oxide cathode and sulfide solid electrolyte. We also confirmed that these side reactions were suppressed by O substitutions to sulfide solid electrolyte (LPSOBC), and then the chemo-mechanical stability of the all-solid battery was enhanced by alleviating the side reactions at the interface. This study provides rational insights into the design of an interface for all-solid-state batteries.
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