Quantification of the Li-ion diffusion over an interface coating in all-solid-state batteries via NMR measurements

电解质 材料科学 阴极 阳极 涂层 电极 快离子导体 扩散 化学工程 固态核磁共振 纳米技术 化学 物理化学 热力学 核磁共振 物理 工程类
作者
Ming Liu,Chao Wang,Chenglong Zhao,Eveline van der Maas,Kui Lin,Violetta A. Arszelewska,Baohua Li,Swapna Ganapathy,Marnix Wagemaker
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:59
标识
DOI:10.1038/s41467-021-26190-2
摘要

A key challenge for solid-state-batteries development is to design electrode-electrolyte interfaces that combine (electro)chemical and mechanical stability with facile Li-ion transport. However, while the solid-electrolyte/electrode interfacial area should be maximized to facilitate the transport of high electrical currents on the one hand, on the other hand, this area should be minimized to reduce the parasitic interfacial reactions and promote the overall cell stability. To improve these aspects simultaneously, we report the use of an interfacial inorganic coating and the study of its impact on the local Li-ion transport over the grain boundaries. Via exchange-NMR measurements, we quantify the equilibrium between the various phases present at the interface between an S-based positive electrode and an inorganic solid-electrolyte. We also demonstrate the beneficial effect of the LiI coating on the all-solid-state cell performances, which leads to efficient sulfur activation and prevention of solid-electrolyte decomposition. Finally, we report 200 cycles with a stable capacity of around 600 mAh g-1 at 0.264 mA cm-2 for a full lab-scale cell comprising of LiI-coated Li2S-based cathode, Li-In alloy anode and Li6PS5Cl solid electrolyte.
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