Solid-Electrolyte-Free O3-LixTiS2 Cathode for High-Energy-Density All-Solid-State Lithium-Metal Batteries

电解质 离子键合 离子电导率 材料科学 快离子导体 阴极 反应性(心理学) 电极 金属 化学工程 无机化学 化学 离子 物理化学 冶金 工程类 病理 有机化学 医学 替代医学
作者
Benjamin Hennequart,Michaël Deschamps,Ronan Chometon,Bernhard T. Leube,Romain Dugas,Elisa Quemin,Pierre‐Etienne Cabelguen,Christophe Lethien,Jean‐Marie Tarascon
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (16): 8521-8531 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c01383
摘要

Composites made of high-capacity and high-potential LiNixMnyCo1–x–yO2 (NMC) lamellar transition-metal oxides and S-based ionic conductors are primarily used as positive electrodes in all-solid-state batteries (ASSBs). However, NMC coatings are necessary to prevent the chemical reactivity of oxygen and sulfur at the expense of some penalty in capacity and in ionic conduction. To overcome these problems, the current trend is to move to S-based positive electrodes, which exhibit higher electronic and ionic conductivities and no S–O reactivity. Herein we succeed in preparing highly divided O3-LixTiS2 powders by ball milling, which can be used as a positive electrode free of the electrochemically dead solid electrolyte (SE) in ASSBs that shows energy densities of more than 350 Wh/kg and stable cycling under low pressures down to 1 bar. These enhanced performances were rationalized by 7Li NMR measurements that revealed a decrease in the site-to-site activation energy barrier with increasing ball-milling time. This finding, based on diffusion considerations associated with particle size reduction, can be generalized to other 3d metal sulfides and provides insights on the benefits of using a SE-free and C-free design relying on highly divided Li-containing sulfides to boost energy densities in ASSBs.

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