Alleviating the sluggish kinetics of all-solid-state batteries via cathode single-crystallization and multi-functional interface modification

电解质 阴极 材料科学 电化学 电池(电) 表面改性 电极 化学工程 纳米技术 化学 物理化学 工程类 物理 功率(物理) 量子力学
作者
W. F. Liu,Xin‐Hai Meng,Ziyi Zhou,Qiang Zheng,Ji‐Lei Shi,Yue Gong,Yu‐Guo Guo
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:98: 123-133 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.06.014
摘要

The application of Li-rich Mn-based cathodes, the most promising candidates for high-energy-density Li-ion batteries, in all-solid-state batteries can further enhance the safety and stability of battery systems. However, the utilization of high-capacity Li-rich cathodes has been limited by sluggish kinetics and severe interfacial issues in all-solid-state batteries. Here, a multi-functional interface modification strategy involving dispersed submicron single-crystal structure and multi-functional surface modification layer obtained through in-situ interfacial chemical reactions was designed to improve the electrochemical performance of Li-rich Mn-based cathodes in all-solid-state batteries. The design of submicron single-crystal structure promotes the interface contact between the cathode particles and the solid-state electrolyte, and thus constructs a more complete ion and electron conductive network in the composite cathode. Furthermore, the Li-gradient layer and the lithium molybdate coating layer constructed on the surface of single-crystal Li-rich particles accelerate the transport of Li ions at the interface, suppress the side reactions between cathodes and electrolyte, and inhibit the oxygen release on the cathode surface. The optimized Li-rich cathode materials exhibit excellent electrochemical performance in halide all-solid-state batteries. This study emphasizes the vital importance of reaction kinetics and interfacial stability of Li-rich cathodes in all-solid-state batteries and provides a facile modification strategy to enhance the electrochemical performance of all-solid-state batteries based on Li-rich cathodes.
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