4.2V polymer all-solid-state lithium batteries enabled by high-concentration PEO solid electrolytes

材料科学 阴极 锂(药物) 聚合物 阳极 电解质 电化学 氧化物 化学工程 物理化学 电极 复合材料 冶金 医学 化学 工程类 内分泌学
作者
Zhe Xiong,Zixing Wang,Zhou Wang,Qi Liu,Jian‐Fang Wu,Te‐Huan Liu,Chaohe Xu,Jilei Liu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:57: 171-179 被引量:64
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.02.008
摘要

Polyethylene oxide (PEO) solid electrolytes (SEs) are practicable in all-solid-state lithium batteries (ASSLBs) with high safety for driving electric vehicles. However, the low oxidative decomposition potential (below 4 V) of normal PEO SEs rules out high-voltage (≥4.2 V) cathodes in PEO-based ASSLBs with sacrificed energy densities. Herein, high-concentration PEO SEs (EO:Li+ ≤ 6:1) possessing high oxidation potentials (>5 V vs. Li/Li+) are designed based on concentrated-salt chemistry with oxidation potential surging incessantly with increasing the degree of coordinated EO. Thereby, double-layered SEs with PEO(EO:Li=4:1) on the cathode side and PEO(EO:Li=16:1) on the anode side are designed to resist oxidation and bate interfacial impedance. Coupled with 4.2 V-class LiCoO2 and LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, the ASSLBs using SEs exhibit enhanced stable cycling performances when charged to 4.2 V and 4.4 V at 60 °C. As revealed by the Wagner-type model and Raman spectra, high-concentration PEO SE could suppress the interfacial degradation kinetics, the production of electronic conduction in the cathode electrolyte interphase (CEI) and the irreversible phase-change of LiCoO2 to Co3O4. All these contribute to the improved electrochemical performance of PEO/LiCoO2 system with high-volage, offering a potential pathway toward high-voltage stable polymer electrolytes for high-energy-density lithium batteries.
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