Accessing the bottleneck in all-solid state batteries, lithium-ion transport over the solid-electrolyte-electrode interface

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作者
Chuang Yu,Swapna Ganapathy,Ernst R. H. van Eck,Heng Wang,Shibabrata Basak,Zhaolong Li,Marnix Wagemaker
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1) 被引量:369
标识
DOI:10.1038/s41467-017-01187-y
摘要

Solid-state batteries potentially offer increased lithium-ion battery energy density and safety as required for large-scale production of electrical vehicles. One of the key challenges toward high-performance solid-state batteries is the large impedance posed by the electrode-electrolyte interface. However, direct assessment of the lithium-ion transport across realistic electrode-electrolyte interfaces is tedious. Here we report two-dimensional lithium-ion exchange NMR accessing the spontaneous lithium-ion transport, providing insight on the influence of electrode preparation and battery cycling on the lithium-ion transport over the interface between an argyrodite solid-electrolyte and a sulfide electrode. Interfacial conductivity is shown to depend strongly on the preparation method and demonstrated to drop dramatically after a few electrochemical (dis)charge cycles due to both losses in interfacial contact and increased diffusional barriers. The reported exchange NMR facilitates non-invasive and selective measurement of lithium-ion interfacial transport, providing insight that can guide the electrolyte-electrode interface design for future all-solid-state batteries.
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