Compatible Interfaces Constructed by Surficial Indiumization on Garnet Solid Electrolyte for Long‐Cycling All‐Solid‐State Lithium Metal Battery

电解质 材料科学 离子电导率 化学工程 电极 金属 电导率 锂(药物) 快离子导体 电化学 钝化 纳米技术 图层(电子) 化学 物理化学 冶金 内分泌学 工程类 医学
作者
Xiaoming Zhou,Zejian Ouyang,Jin Liu,Fangyang Liu,Zongliang Zhang,Yanqing Lai,Jie Li,Liangxing Jiang
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202411062
摘要

Abstract Composite solid electrolytes (CSEs) based on poly(vinylidene fluoride)‐co‐hexafluoropropylene (PVDF‐HFP) and Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Ta 0.6 O 12 (LLZTO) show great potential in building high energy density all‐solid‐state lithium metal batteries (ASSBs). Nevertheless, the Li 2 CO 3 passivation layer formed on the LLZTO surface not only induces dehydrofluorination of PVDF‐HFP but also blocks Li + transport at the interfaces of PVDF‐HFP/LLZTO and CSE/electrodes. Herein, lithium acetate‐assisted surficial indiumization with a thickness of 4 nm is carried out to convert the detrimental Li 2 CO 3 into a stable Li + conductor of LiInO 2 (LIO) on LLZTO. With this modification, high air stability of CSEs is achieved which prevents Li 2 CO 3 regeneration and PVDF‐HFP dehydrofluorination effectively. Attributed to the unblocked Li + transport paths at the LLZTO@LIO/PVDF‐HFP (LIO‐CSE) interface, high ionic conductivity of 3.1 × 10 −4 S cm −1 and the Li + transference number of 0.673 are attained. The Li 2 CO 3 ‐free LLZTO also contributes to constructing robust solid electrolyte interphase with predominantly inorganic components, which successfully decreases the side reactions and ultimately realizes good compatibility at the LLZTO/polymer and electrolyte/electrode interfaces. The assembled Li|LIO‐CSE|Li cells exhibit excellent electrochemical stability for 3100 h at 0.5 mA cm −2 . The Li/LIO‐CSE/LiFePO 4 ASSB delivers high‐capacity retention of 81.8% after 1000 cycles at 25 °C. This work provides a promising method toward remarkable interfacial compatibility for ASSBs.

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