Solvent‐Free Synthesis of Thin, Flexible, Nonflammable Garnet‐Based Composite Solid Electrolyte for All‐Solid‐State Lithium Batteries

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作者
Taoli Jiang,Pingge He,Guoxu Wang,Yang Shen,Ce‐Wen Nan,Li‐Zhen Fan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (12) 被引量:435
标识
DOI:10.1002/aenm.201903376
摘要

Abstract Thin solid‐state electrolytes with nonflammability, high ionic conductivity, low interfacial resistance, and good processability are urgently required for next‐generation safe, high energy density lithium metal batteries. Here, a 3D Li 6.75 La 3 Zr 1.75 Ta 0.25 O 12 (LLZTO) self‐supporting framework interconnected by polytetrafluoroethylene (PTFE) binder is prepared through a simple grinding method without any solvent. Subsequently, a garnet‐based composite electrolyte is achieved through filling the flexible 3D LLZTO framework with a succinonitrile solid electrolyte. Due to the high content of garnet ceramic (80.4 wt%) and high heat‐resistance of the PTFE binder, such a composite electrolyte film with nonflammability and high processability exhibits a wide electrochemical window of 4.8 V versus Li/Li + and high ionic transference number of 0.53. The continuous Li + transfer channels between interconnected LLZTO particles and succinonitrile, and the soft electrolyte/electrode interface jointly contribute to a high ambient‐temperature ionic conductivity of 1.2 × 10 −4 S cm −1 and excellent long‐term stability of the Li symmetric battery (stable at a current density of 0.1 mA cm −2 for over 500 h). Furthermore, as‐prepared LiFePO 4 |Li and LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 |Li batteries based on the thin composite electrolyte exhibit high discharge specific capacities of 153 and 158 mAh g −1 respectively, and desirable cyclic stabilities at room temperature.
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