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Reducing Gases Triggered Cathode Surface Reconstruction for Stable Cathode–Electrolyte Interface in Practical All-Solid-State Lithium Batteries
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2023-10-17 , DOI: 10.1002/adma.202305748 Bingkai Zhang 1, 2 , Zhiwei He 1 , Tiefeng Liu 3 , Zeheng Li 3 , Shaojian Zhang 1 , Wenguang Zhao 4 , Zu-Wei Yin 4 , Zengqing Zhuo 5 , Mingjian Zhang 6 , Feng Pan 4 , Shanqing Zhang 1, 2 , Zhan Lin 1, 2 , Jun Lu 3
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2023-10-17 , DOI: 10.1002/adma.202305748 Bingkai Zhang 1, 2 , Zhiwei He 1 , Tiefeng Liu 3 , Zeheng Li 3 , Shaojian Zhang 1 , Wenguang Zhao 4 , Zu-Wei Yin 4 , Zengqing Zhuo 5 , Mingjian Zhang 6 , Feng Pan 4 , Shanqing Zhang 1, 2 , Zhan Lin 1, 2 , Jun Lu 3
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The interfacial compatibility between cathodes and sulfide solid-electrolytes (SEs) is a critical limiting factor of electrochemical performance in all-solid-state lithium-ion batteries (ASSLBs). This work presents a gas–solid interface reduction reaction (GSIRR), aiming to mitigate the reactivity of surface oxygen by inducing a surface reconstruction layer (SRL) . The application of a SRL, CoO/Li2CO3, onto LiCoO2 (LCO) cathode results in impressive outcomes, including high capacity (149.7 mAh g−1), remarkable cyclability (retention of 84.63% over 400 cycles at 0.2 C), outstanding rate capability (86.1 mAh g−1 at 2 C), and exceptional stability in high-loading cathode (28.97 and 23.45 mg cm−2) within ASSLBs. Furthermore, the SRL CoO/Li2CO3 enhances the interfacial stability between LCO and Li10GeP2S12 as well as Li3PS4 SEs. Significantly, the experiments suggest that the GSIRR mechanism can be broadly applied, not only to LCO cathodes but also to LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathodes and other reducing gases such as H2S and CO, indicating its practical universality. This study highlights the significant influence of the surface chemistry of the oxide cathode on interfacial compatibility, and introduces a surface reconstruction strategy based on the GSIRR process as a promising avenue for designing enhanced ASSLBs.
中文翻译：
减少气体触发阴极表面重建以实现实用全固态锂电池中稳定的阴极-电解质界面
正极和硫化物固体电解质（SE）之间的界面相容性是全固态锂离子电池（ASSLB）电化学性能的关键限制因素。这项工作提出了气固界面还原反应（GSIRR），旨在通过诱导表面重建层（SRL）来减轻表面氧的反应性。将 SRL、CoO/Li 2 CO 3应用于 LiCoO 2 (LCO) 正极上可取得令人印象深刻的成果，包括高容量 (149.7 mAh g -1 )、卓越的循环性能（在 0.2 C 下 400 次循环后保留率为 84.63%） 、出色的倍率性能（2 C 时为 86.1 mAh g -1 ）以及 ASSLB 内高负载阴极（28.97 和 23.45 mg cm -2 ）的出色稳定性。此外，SRL CoO/Li 2 CO 3增强了LCO和Li 10 GeP 2 S 12以及Li 3 PS 4 SE之间的界面稳定性。值得注意的是，实验表明GSIRR机制不仅可以广泛应用于LCO正极，还可以应用于LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2正极以及其他还原气体（例如H 2 S和CO），这表明了其实际的普适性。这项研究强调了氧化物阴极的表面化学对界面相容性的显着影响，并介绍了基于 GSIRR 过程的表面重构策略，作为设计增强型 ASSLB 的有前途的途径。
更新日期：2023-10-17
中文翻译：
减少气体触发阴极表面重建以实现实用全固态锂电池中稳定的阴极-电解质界面
正极和硫化物固体电解质（SE）之间的界面相容性是全固态锂离子电池（ASSLB）电化学性能的关键限制因素。这项工作提出了气固界面还原反应（GSIRR），旨在通过诱导表面重建层（SRL）来减轻表面氧的反应性。将 SRL、CoO/Li 2 CO 3应用于 LiCoO 2 (LCO) 正极上可取得令人印象深刻的成果，包括高容量 (149.7 mAh g -1 )、卓越的循环性能（在 0.2 C 下 400 次循环后保留率为 84.63%） 、出色的倍率性能（2 C 时为 86.1 mAh g -1 ）以及 ASSLB 内高负载阴极（28.97 和 23.45 mg cm -2 ）的出色稳定性。此外，SRL CoO/Li 2 CO 3增强了LCO和Li 10 GeP 2 S 12以及Li 3 PS 4 SE之间的界面稳定性。值得注意的是，实验表明GSIRR机制不仅可以广泛应用于LCO正极，还可以应用于LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2正极以及其他还原气体（例如H 2 S和CO），这表明了其实际的普适性。这项研究强调了氧化物阴极的表面化学对界面相容性的显着影响，并介绍了基于 GSIRR 过程的表面重构策略，作为设计增强型 ASSLB 的有前途的途径。
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