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A Bifunctional Chemomechanics Strategy To Suppress Electrochemo-Mechanical Failure of Ni-Rich Cathodes for All-Solid-State Lithium Batteries

材料科学 涂层 阴极 电化学 双功能 锂(药物) 图层(电子) 复合材料 化学工程 电极 物理化学 催化作用 化学 内分泌学 工程类 医学 生物化学
作者
Xingwei Sun,Longlong Wang,Jun Ma,Xinrun Yu,Shu Zhang,Xinhong Zhou,Guanglei Cui
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (15): 17674-17681 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsami.2c02678
摘要

Electrochemo-mechanical failure of Ni-rich cathodes leads to rapid performance degradation, and thus hinders their practical implementation in all-solid-state lithium batteries (ASSLBs). To solve this problem, herein, we propose a bifunctional chemomechanics strategy by protecting polycrystalline LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM) cathodes using a high-mechanical-strength fast ionic conductor LiZr2(PO4)3 (LZP) coating layer. The coating layer's synergistic effect between mechanical strength and electrochemical stability is studied in Li6PS5Cl (LPSCl)-based ASSLBs for the first time. Using finite element method (FEM) simulations and various characterization techniques, we demonstrate that the robust and stable LZP (Young's modulus 140.7 GPa, electrochemical stability window >5 V) coating layer mitigates the volume change and particle disintegration of polycrystalline NCM and electrochemical decomposition of LPSCl on the LPSCl/NCM interface. As a result, the LZP-modified ASSLBs display remarkably improved reversible capacity, cycle life, and rate performance. The synergy of mechanical and electrochemical properties of the coating layer will provide valuable guidance for the development of high-energy-density ASSLBs.

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