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Design of a Multifunctional Interlayer for NASCION‐Based Solid‐State Li Metal Batteries
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2020-04-06 , DOI: 10.1002/adfm.202001444 Shizhao Xiong 1, 2 , Yangyang Liu 1 , Piotr Jankowski 3 , Qiao Liu 1 , Florian Nitze 2 , Kai Xie 4 , Jiangxuan Song 1 , Aleksandar Matic 2
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2020-04-06 , DOI: 10.1002/adfm.202001444 Shizhao Xiong 1, 2 , Yangyang Liu 1 , Piotr Jankowski 3 , Qiao Liu 1 , Florian Nitze 2 , Kai Xie 4 , Jiangxuan Song 1 , Aleksandar Matic 2
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NASCION‐type Li conductors have great potential to bring high capacity solid‐state batteries to realization, related to its properties such as high ionic conductivity, stability under ambient conditions, wide electrochemical stability window, and inexpensive production. However, their chemical and thermal instability toward metallic lithium (Li) has severely hindered attempts to utilize Li as anode material in NASCION‐based battery systems. In this work, it is shown how a tailored multifunctional interlayer between the solid electrolyte and Li anode can successfully address the interfacial issues. This interlayer is designed by creating a quasi‐solid‐state paste in which the functionalities of LAGP (Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3) nanoparticles and an ionic liquid (IL) electrolyte are combined. In a solid‐sate cell, the LAGP‐IL interlayer separates the Li metal from bulk LAGP and creates a chemically stable interface with low resistance (≈5 Ω cm2) and efficiently prevents thermal runaway at elevated temperatures (300 °C). Solid‐state cells designed with the interlayer can be operated at high current densities, 1 mA cm−2, and enable high rate capability with high safety. Here developed strategy provides a generic path to design interlayers for solid‐state Li metal batteries.
中文翻译：
基于NASCION的固态锂金属电池多功能中间层的设计
NASCION型Li导体具有高电容量，在环境条件下具有稳定性，宽广的电化学稳定性范围以及廉价的生产等特性，具有实现高容量固态电池的巨大潜力。但是，它们对金属锂（Li）的化学和热不稳定性严重阻碍了在基于NASCION的电池系统中利用锂作为负极材料的尝试。在这项工作中，显示了固体电解质和Li阳极之间经过定制的多功能中间层如何能够成功解决界面问题。该中间层是通过创建一种准固态浆料而设计的，该浆料中的LAGP（Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5（PO 4）3纳米粒子和离子液体（IL）电解质结合在一起。在固态电池中，LAGP-IL中间层将锂金属与大块LAGP分开，并形成具有低电阻（≈5Ωcm 2）的化学稳定界面，并有效防止高温（300°C）时的热失控。使用中间层设计的固态电池可以在1 mA cm -2的高电流密度下工作，并具有高速率能力和高安全性。此处制定的策略为固态锂金属电池的中间层设计提供了一条通用途径。
更新日期：2020-04-06
中文翻译：
基于NASCION的固态锂金属电池多功能中间层的设计
NASCION型Li导体具有高电容量，在环境条件下具有稳定性，宽广的电化学稳定性范围以及廉价的生产等特性，具有实现高容量固态电池的巨大潜力。但是，它们对金属锂（Li）的化学和热不稳定性严重阻碍了在基于NASCION的电池系统中利用锂作为负极材料的尝试。在这项工作中，显示了固体电解质和Li阳极之间经过定制的多功能中间层如何能够成功解决界面问题。该中间层是通过创建一种准固态浆料而设计的，该浆料中的LAGP（Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5（PO 4）3纳米粒子和离子液体（IL）电解质结合在一起。在固态电池中，LAGP-IL中间层将锂金属与大块LAGP分开，并形成具有低电阻（≈5Ωcm 2）的化学稳定界面，并有效防止高温（300°C）时的热失控。使用中间层设计的固态电池可以在1 mA cm -2的高电流密度下工作，并具有高速率能力和高安全性。此处制定的策略为固态锂金属电池的中间层设计提供了一条通用途径。
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