In Situ Polymerization Permeated Three‐Dimensional Li+‐Percolated Porous Oxide Ceramic Framework Boosting All Solid‐State Lithium Metal Battery

材料科学 乙二醇 原位聚合 化学工程 电解质 电化学 锂电池 环氧乙烷 丙烯酸酯 电池(电) 聚合 陶瓷 磷酸钒锂电池 氧化物 无机化学 聚合物 电极 复合材料 有机化学 化学 物理化学 离子 冶金 离子键合 共聚物 单体 工程类 功率(物理) 量子力学 物理
作者
Yiyuan Yan,Jiangwei Ju,Shanmu Dong,Yantao Wang,Lang Huang,Longfei Cui,Feng Jiang,Qinglei Wang,Yanfen Zhang,Guanglei Cui
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:8 (9): 2003887-2003887 被引量:163
标识
DOI:10.1002/advs.202003887
摘要

Solid-state lithium battery promises highly safe electrochemical energy storage. Conductivity of solid electrolyte and compatibility of electrolyte/electrode interface are two keys to dominate the electrochemical performance of all solid-state battery. By in situ polymerizing poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate within self-supported three-dimensional porous Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 framework, the as-assembled solid-state battery employing 4.5 V LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 cathode and Li metal anode demonstrates a high Coulombic efficiency exceeding 99% at room temperature. Solid-state nuclear magnetic resonance results reveal that Li+ migrates fast along the continuous Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 phase and Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3/polymer interfacial phase to generate a fantastic conductivity of 2.0 × 10-4 S cm-1 at room temperature, which is 56 times higher than that of pristine poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate. Meanwhile, the in situ polymerized poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate can not only integrate the loose interfacial contact but also protect Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 from being reduced by lithium metal. As a consequence of the compatible solid-solid contact, the interfacial resistance decreases significantly by a factor of 40 times, resolving the notorious interfacial issue effectively. The integrated strategy proposed by this work can thereby guide both the preparation of highly conductive solid electrolyte and compatible interface design to boost practical high energy density all solid-state lithium metal battery.
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