Effects of Li1.3al0.3ti1.7(Po4)3 Solid-State Electrolytes on the Safety of Hybrid Solid-Liquid Batteries

固态 电解质 材料科学 准固态 化学 工程物理 工程类 物理化学 电极 色素敏化染料
作者
Kening Sun,Dongsheng Ren,Xinyu Rui,Saiyue Liu,Yi Guo,Qiao Hu,Guang‐Kuo Gao,Chen Cao,Xiang Liu,Yue Qiu,Chang Zhao,Gaolong Zhu,Guohua Ma,Xuyi Shan,Xuning Feng,Languang Lu,Minggao Ouyang
标识
DOI:10.2139/ssrn.4812900
摘要

Hybrid solid-liquid batteries (HSLBs) are emerging as promising solutions to address the safety issues of lithium-ion batteries. However, the effects of solid-state electrolytes (SEs) on battery safety remain unclear, hindering the large-scale application of HSLBs. This paper presents a comprehensive investigation on the safety performance of HSLBs with different amount of nano-sized Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP) SEs in the LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2 cathode under thermal, electrical and mechanical abuse conditions. The HSLBs with LATP SEs exhibit significantly enhanced tolerance to overcharge, as the battery with 5 wt.% LATP does not go into thermal runaway throughout the whole overcharge process. In-depth characterizations reveal that the LATP SEs experience electrochemical delithiation during overcharge and introduce a protective coating layer on the cathode surface, thus effectively mitigating the cathode structural changes and cathode-electrolyte interfacial reactions. Benefiting from the coating layer, the HSLBs with LATP SEs also exhibit reduced temperature rise rate and retarded thermal runaway during the accelerating rate calorimetry and oven tests, as well as enhanced rate performance and cycling stability. Finally, the safety, electrochemical performance and cost of HSLBs and conventional LIBs are comprehensively compared through a radar graph, aiming to provide guidance for the rational design of high-energy-density and high-safety batteries.
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