A porous garnet Li7La3Zr2O12 scaffold with interfacial modification for enhancing ionic conductivity in PEO-based composite electrolyte

电化学窗口 电解质 离子电导率 材料科学 复合数 电化学 化学工程 热稳定性 陶瓷 电导率 快离子导体 多孔性 复合材料 电极 化学 物理化学 工程类
作者
Yuexin Xie,Liwu Huang,Yungui Chen
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:683: 121784-121784 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2023.121784
摘要

The composite combined Li7La3Zr2O12 (LLZO) and PEO is viewed as a promising solid-state electrolyte for lithium-ion batteries due to its chemical stability, wide electrochemical window, mechanical flexibility and easy fabrication procedure. However, the primary challenges of low ionic conductivity and poor interfacial compatibility remain unresolved. Herein, a co-modified composite solid-state electrolyte based on the porous Al-doped LLZO (Al-LLZO) garnet scaffold cooperated with Ca-coordinated Dynasylan IMEO (Triethoxy-3-(2-imidazolin-1-yl) propylsilane, named DI) and PEO (denoted as CSE-DI-Ca) is reported. Benefiting from the fast lithium ion conduction in porous Al-LLZO network and interfacial strengthening modification between ceramics and polymer, CSE-DI-Ca exhibits a high ionic conductivity of 6.38✕10−4 S cm−1 at room temperature. The unique ceramic structure of CSE-DI-Ca also leads to an enlarged electrochemical window of 6 V vs. Li+/Li, good thermal stability under 360 °C, and an improved mechanical strength of 8.91 MPa to block lithium dendrites. Furthermore, as an evidence of the compatibility with high-voltage battery, the LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)|CSE-DI-Ca|Li coin cell delivers an initial discharge capacity of 130.2 mAh g−1 at 0.1 C at room temperature and maintains a capacity of 127.3 mAh g−1 after 120 cycles. All these superior properties indicate that the as-prepared composite holds great promise as an effective solid-state electrolyte to be used in next-generation lithium-ion batteries.
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