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延衛(wèi)/王嘉楠AFM：集成等離子體策略調(diào)節(jié)界面化學(xué)，實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電中平面鋰生長(zhǎng)

固態(tài)鋰金屬電池（SSLMB）被認(rèn)為是下一代儲(chǔ)能設(shè)備中極具潛力的候選產(chǎn)品，但它們?nèi)匀幻媾R著因界面不兼容而導(dǎo)致的鋰枝晶生長(zhǎng)不可控的問(wèn)題。

圖1 集成等離子體（IP）策略和工作機(jī)制示意圖

西安交通大學(xué)延衛(wèi)、王嘉楠等提出了一種”集成等離子體（IP）”的夾層構(gòu)建策略，該策略集成了金屬還原和氣相沉積功能，其特點(diǎn)是能夠提供可調(diào)控和可量化的化學(xué)調(diào)節(jié)，以控制固態(tài)電解質(zhì)（SSE）上的表面濃度（Csurface）以及引入的金屬元素和電負(fù)性元素（ARE/M）的原子比。

聚焦離子束（FIB）、透射電子顯微鏡（TEM）和飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜（ToF-SIMS）證實(shí)，IP-LAGP與鋰負(fù)極之間的原位反應(yīng)同步產(chǎn)生了銀鋰合金、鋰氟和無(wú)定形碳，從而使IP-LAGP |鋰界面實(shí)現(xiàn)了親密接觸。通過(guò)調(diào)節(jié)F和Ag的原子比為≈2.6，使用IP-LAGP的對(duì)稱電池具有較小的阻抗（512Ω）和較低的成核過(guò)電位（66 mV）。

圖2 低溫 TEM（Cryo-TEM）形態(tài)分析

低溫TEM（Cryo-TEM）、多物理場(chǎng)仿真和X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）結(jié)果表明，IP-LAGP使鋰的沉積形態(tài)呈平面狀，從而降低了局部電流密度，阻止了鋰枝晶在LAGP中的傳播。因此，使用IP-LAGP、鋰負(fù)極和NCM811正極組裝的 SSLMB電池在0.2 C下顯示出173.5 mAh g^-1的初始容量以及1000 次循環(huán)后穩(wěn)定的庫(kù)侖效率（>99%）。

考慮到等離子體技術(shù)的多功能性，包括金屬還原、氣相沉積、結(jié)晶度調(diào)節(jié)和晶格生長(zhǎng)，該IP策略可為各種先進(jìn)存儲(chǔ)系統(tǒng)提供另一條開(kāi)發(fā)高化學(xué)機(jī)械穩(wěn)定性固態(tài)電解質(zhì)的途徑。

圖3 原始 LAGP、Ag-LAGP 和 IP-LAGP SSE在不同電池系統(tǒng)中的電化學(xué)性能

Integration Plasma Strategy Controlled Interfacial Chemistry Regulation Enabling Planar Lithium Growth in Solid-State Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304929

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