In-situ generated Li3N/Li-Al alloy in reduced graphene oxide framework optimizing ultra-thin lithium metal electrode for solid-state batteries

材料科学 阳极 锂(药物) 电极 原位 金属锂 氧化物 薄膜 金属 固态 合金 石墨烯 纳米技术 冶金 工程物理 物理 气象学 医学 化学 工程类 物理化学 内分泌学
作者
Jiaqi Zhu,Dan Cai,Jingru Li,Xiuli Wang,Xinhui Xia,Changdong Gu,J.P. Tu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:49: 546-554 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.05.001
摘要

• A 40 µm thick composite lithium anode is proposed. • In-situ generated Li 3 N (inside electrode) and Li-Al alloy nucleation sites mitigate the dendrite growth. • The Li 3 N-modified solid electrolyte interphase (SEI) enhances the interfacial stability. • The solid-state symmetric cell cycles over 2100 h at 0.2 mA cm −2 /0.2 mAh cm −2 with a low voltage hysteresis (<10 mV). Optimization of lithium metal anode is a pivotal part in facilitating the evolution of next-generation high energy density solid-state lithium metal batteries (LMBs). However, the practical application of lithium anode in solid-state LMBs is limited by uncontrollable dendrite growth and the poor interfacial contact with solid electrolyte. Herein, a 40 µm thin lithium composite anode based on the AlN-embedded reduced graphene oxide (rGO) scaffold synthesized via one-step molten lithium infusion is proposed. The resulting lithiophilic Li-Al alloy and high ion-conductive Li 3 N in situ constructed the lithium ion diffusing highways inside electrode, enabling a well-oriented Li deposition and effectively inhibiting the dendrite growth. Combined with in-situ polymerization and Li 3 N-modified solid electrolyte interphase (SEI), the composite anodes can prolong the lifespan of symmetric cell to 2100 h at 0.2 mA cm −2 /0.2 mAh cm −2 in carbonate-based solid polymer electrolytes. Moreover, LAG||LiFePO 4 full cells also excelled in cycling capability and rate performance. This modified electrode offers a promising synergistic solution for designing high-performance solid-state LMBs.
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