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A ductile solid electrolyte interphase for solid-state batteries

delete2025-10-29
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PRE
AI
J
Jinshuo Mi
J
Jun Yang
L
Likun Chen
W
Wenting Cui
Y
Yuhang Li
X
Xufei An
J
Jiabin Ma
K
Ke Yang
Y
Yaoshu Xie
J
Jie Biao
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Yu Long
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Huilin Ge
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Bing Han
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Ruohong Ke
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Guanyou Xiao
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Shendong Tan
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Danfeng Zhang
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Xing Cheng
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Tingzheng Hou *
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Yanfei Huang
刘
刘明 (Ming Liu)
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吕伟 (Wei Lv) *
甘
甘霖 (Lin Gan)
贺
贺艳兵 (Yan‐Bing He) *
杨全红 封面图
杨全红 (Quan‐Hong Yang) *
康飞宇 封面图
康飞宇 (Feiyu Kang) *
DOI:10.1038/s41586-025-09675-8delete
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摘要

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固态锂金属电池在实际工作条件下面临巨大挑战^{1,2}。即使当复合固态电解质的离子电导率提高到1 mS cm−1时,实现电流密度超过1 mA cm−2和面容量为1 mAh cm−2的固态电池长寿命循环仍然困难(参考文献3)。根本原因是固态电解质界面(SEI)的脆性、锂离子传输迟缓,以及由此产生的锂枝晶和严重的副反应。本文报道了一种韧性富无机物SEI,它能在保持结构完整性的同时,允许在高电流密度和面容量下实现易离子扩散。SEI的韧性归因于Ag2S和AgF组分,这些组分由SEI中的Li2S/LiF与介电复合电解质中的AgNO3发生置换反应形成。即使在15 mA cm−2的高电流密度和15 mAh cm−2的面容量下,采用这种SEI的对称锂电池也具有超过4,500 小时的长期循环寿命。此外,该韧性SEI在−30 °C下也能工作超过7,000 小时,即使在5 mA cm−2和5 mAh cm−2的实际条件下也是如此。一种能保持结构完整性并允许易离子扩散的韧性富无机物固态电解质界面,使锂金属电池在实际条件下实现长循环寿命。
Keyword:
ductile solid-electrolyte interphase
solid-state lithium metal batteries
lithium dendrites
ionic conductivity
high current density
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