Styrene–Butadiene–Styrene Block Copolymer-Li5.5PS4.5Cl1.5 Composite Solid-State Electrolyte Enabling a High-Performance All-Solid-State Lithium Battery

材料科学 电解质 阳极 化学工程 锂(药物) 复合数 过电位 苯乙烯 共聚物 离子电导率 电导率 硫化物 无机化学 电化学 复合材料 电极 化学 物理化学 冶金 医学 工程类 内分泌学 聚合物
作者
Xiaozheng Zhou,Qing Ye,Bo Pang,Zhan Wu,Tianqi Yang,Wenkui Zhang,Yang Xia,Hui Huang,Xinhui Xia,Xinping He,Yongping Gan,Jun Zhang
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (23): 12120-12127 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c02579
摘要

To realize high-energy all-solid-state lithium batteries (ASSLB), it is essential to address the interfacial reaction issue between sulfide solid electrolytes (SSEs) and the lithium anode. While SSEs are known for their high ion conductivity, this reaction hinders their application in ASSLBs. To overcome this challenge, a composite solid electrolyte (CSE) is developed. The CSE consists of sulfide-based SSE Li5.5PS4.5Cl1.5 (LPSCl) and a styrene–butadiene–styrene block copolymer (SBS) aiming to create a stable electrolyte–anode interface. The LPSCl-2%SBS CSE not only improves the mechanical properties and high ionic conductivity but also enhances the stability of the electrolyte–anode interface against lithium metal. Experimental results show that symmetric Li/Li cells with LPSCl-2%SBS exhibit stable Li plating/stripping for 1200 h at 1.0 mA cm–2 with a lower overpotential. Notably, the excellent interface stability of the LPSCl-2%SBS CSEs/Li metal enables high performance in Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2/LPSCl-2%SBS/Li batteries, demonstrating a high initial discharge capacity (123.2 mA h g–1 at 0.1C), cycling performance (72.9% capacity retention at the 100th cycle at 0.1C and 42.7% capacity retention at the 500th cycle at 0.5C), and rate capability (62.1 mA h g–1 at 0.5C). These findings underscore the importance of the chemical compatibility between sulfide electrolytes and lithium metal, offering a promising approach to the design of high-energy ASSLBs.

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