Solid Polymer Electrolyte Reinforced with a Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3-Coated Separator for All-Solid-State Lithium Batteries

材料科学 电解质 分离器(采油) 离子电导率 阳极 化学工程 聚合物 环氧乙烷 复合材料 电极 物理化学 共聚物 工程类 物理 热力学 化学 生物 遗传学
作者
Shuai Li,Jiaze Lu,Zhen Geng,Yue Chen,Xiqian Yu,Meng He,Hong Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (1): 1195-1202 被引量:51
标识
DOI:10.1021/acsami.1c21804
摘要

Poly(ethylene oxide) (PEO)-based solid-state lithium batteries (SSLBs), accompanied by potential high energy density and reliable safety, have attracted wide attention. However, PEO-based solid-state electrolytes (SSEs) are hard to scale up due to their low oxidation stability, low ionic conductivity at room temperature, and relatively poor mechanical properties. Here, a PEO-based ceramic-polymer (PCP) composite SSE is designed. The porous Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP)-coated polyethylene (PE) separator is filled with PEO/lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) solution, which possesses both a robust mechanical property and processable flexibility. The results show the PCP membrane effectively suppresses the growth of lithium (Li) dendrites identified by a flat Li deposition. It is attributed to the robustness of the PCP membrane itself and the formation of a mixed ionic/electronic conducting interphase (MCI) intertwined with a solid electrolyte interface (SEI) between the PCP membrane and the Li anode. The MCI-SEI intertwined mixed phase facilitates the homogeneous Li deposition and enhances the cycle stability of the electrolyte/anode interface. Hence, the PCP membrane effectively prevents short-circuiting and shows a good cycling stability of more than 2000 h in a Li/PCP/Li symmetric cell with a current density of 0.2 mA cm-2 at 60 °C. Moreover, the Li/PCP/LiFePO4 all-solid-state battery shows a stable cycling performance with 160 mAh g-1 at 0.2C after 200 cycles at 60 °C. The results show the purposed PCP membrane based on a LATP-coated PE separator is easy to be fabricated and could be practical for many applications.
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