NASICON‐Based Solid State Li‐Fluoride Conversion Batteries Enabled by Constructing a Fluorine‐Rich Trap for Ti4+

材料科学 阳极 快离子导体 电化学 介孔材料 化学工程 陶瓷 物理化学 复合材料 催化作用 电极 电解质 化学 生物化学 工程类
作者
Yuping Gu,Jiulin Hu,Chuanzhong Lai,Chilin Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (12) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/aenm.202203679
摘要

Abstract The application of solid‐state Li metal batteries based on NASICON‐type Li (1+ x ) Al x Ti (2‑ x ) (PO 4 ) 3 (LATP) electrolytes has been hindered by the interface instability, originating from the spontaneous Ti 4+ reduction reaction between LATP and Li. Here, a mesoporous fluorination interlayer based on high‐surface‐area AlF 3 is proposed to improve the stability and compatibility of the LATP/Li interface and enable the reversible operation of NASICON‐type Li||FeF 3 conversion batteries. The high Lewis acidity and porosity in the interlayer can buffer the volume evolution, increase the Li‐ion transference number and promote the formation of LiF domains. Time‐of‐flight secondary‐ion mass spectroscopy (ToF‐SIMS) proves the in situ construction of an F‐rich trap zone for Ti 4+ , which can pin the easily‐reduced Ti 4+ in LATP and retard its conversion to Ti 3+ during the electrochemical process. An electro‐fusion process at the LATP/Li interface occurs and successfully welds the solid electrolyte, AlF 3 interlayer, and anode into a whole to mitigate the anode resistance, guaranteeing the fast interface migration of Li + . The corresponding Li||Li symmetric cells exhibit a stable cycling performance with small voltage hysteresis for at least 500 h. The ceramic‐type solid‐state Li‐Fe‐F cells modulated by the F‐rich transition layer can deliver a high capacity of 696.7 mAh g −1 and show a good cyclability of the conversion reaction.
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