MXene Electrodes for All Strain-Free Solid-State Batteries

材料科学 电极 固态 拉伤 复合材料 纳米技术 工程物理 物理化学 医学 化学 内科学 工程类
作者
Kosuke Kawai,Hyobin Lee,Yuki Nomura,Masaki Fujita,Hirokazu Kitaura,Eiji Hosono,Hiroshi Nakajima,Hirofumi Tsukasaki,Shigeo Mori,Atsushi Sakuda,Akitoshi Hayashi,Naoaki Yabuuchi,Yong Min Lee,Masashi Okubo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (42): 57377-57385
标识
DOI:10.1021/acsami.4c12065
摘要

All-solid-state batteries with nonflammable inorganic solid electrolytes are the key to addressing the safety issues of lithium-ion batteries with flammable organic liquid electrolytes. However, conventional electrode materials suffer from substantial volume changes during Li+ (de)intercalation, leading to mechanical failure of interfaces between electrode materials and solid electrolytes and then severe performance degradation. In this study, we report strain-free charge storage via the interfaces between transition metal carbides (MXenes) and solid electrolytes, where MXene shows negligible structural changes during Li+ (de)intercalation. Operando scanning electron transmission microscopy with electron energy-loss spectroscopy reveals the pillar effect of trapped Li+ in the interlayer spaces of MXene to achieve the strain-free features. An all strain-free solid-state battery, which consists of a strain-free Ti3C2Tx negative electrode and a strain-free disordered rocksalt Li8/7Ti2/7V4/7O2 positive electrode, demonstrates long-term stable operation while preserving the interfacial contact between electrode materials and solid electrolytes.
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