Revealing Dynamic Evolution of the Anode‐Electrolyte Interphase in All‐Solid‐State Batteries with Excellent Cyclability

材料科学 相间 阳极 电解质 电化学 阴极 卤化物 分离器(采油) 化学工程 无机化学 电极 光电子学 物理化学 生物 热力学 物理 工程类 遗传学 化学
作者
Se Young Kim,Seong‐Min Bak,KyuJung Jun,Gerbrand Ceder,Guoying Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (27) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/aenm.202401299
摘要

Abstract All‐solid‐state‐batteries (ASSBs) based on a halide solid electrolyte (SE) and a lithium‐metal based anode typically have poor cyclability without a buffer layer (such as Li 3 PS 4 or Li 6 PS 5 Cl) to prevent the degradation reactions. Here excellent cycling stability of ASSB consisting of an uncoated single‐crystal LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 cathode and a Li 3 YCl 6 (LYC) SE separator in direct contact with a Li‐In anode are demonstrated. Through a combination of electrochemical measurements, synchrotron micro‐X‐ray absorption and diffraction analyses, and density functional theory calculations, reveal for the first time that along with the standard Li + transport during charge/discharge, indium in the Li‐In anode also participates in the redox reactions. The in‐situ generated In 3+ preferentially occupies the vacant Li sites in the trigonal LYC lattice, leading to the formation, growth, and eventual stabilization of an anode‐electrolyte interphase (AEI) layer consisting of an In‐doped Li 3‐ x In x YCl 6 ( x = ≈0.2) phase. It is discussed how the presence of such an AEI layer prevents LYC decomposition and suppresses dendrite formation and propagation, enabling stable cycling of ASSB with ≈90% capacity retention over 1000 cycles. This work sheds light on the dynamic evolution of the halide SE and alloy anode interphase, and opens new avenues in the future design of long‐lasting high‐energy all‐solid‐state‐batteries.
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