SEI/dead Li-turning capacity loss for high-performance anode-free solid-state lithium batteries

法拉第效率 阳极 电解质 锂(药物) 溶解 材料科学 金属锂 容量损失 化学工程 化学 电极 工程类 医学 内分泌学 物理化学
作者
Qianwen Yin,Tianyu Li,Hongzhang Zhang,Guiming Zhong,Xiaofei Yang,Xianfeng Li
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:96: 145-152 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.04.033
摘要

Anode-free solid-state lithium metal batteries (AF-SSLBs) have the potential to deliver higher energy density and improved safety beyond lithium-metal batteries. However, the unclear mechanism for the fast capacity decay in AF-SSLBs, either determined by dead Li or solid electrolyte interface (SEI), limits the proposal of effective strategies to prolong cycling life. To clarify the underlying mechanism, herein, the evolution of SEI and dead Li is quantitatively analyzed by a solid-state nuclear magnetic resonance (ss-NMR) technology in a typical LiPF6-based polymer electrolyte. The results show that the initial capacity loss is attributed to the formation of SEI, while the dead Li dominates the following capacity loss and the growth rate is 0.141 mA h cm−2 cycle−1. To reduce the active Li loss, the combination of inorganic-rich SEI and self-healing electrostatic shield effect is proposed to improve the reversibility of Li deposition/dissolution behavior, which reduces the capacity loss rate for the initial SEI and following dead Li generation by 2.3 and 20.1 folds, respectively. As a result, the initial Coulombic efficiency (ICE) and stable CE increase by 15.1% and 15.3% in Li-Cu cells, which guides the rational design of high-performance AF-SSLBs.
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