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王海輝/王素清AFM：通過Kevlar芳綸納米纖維保護涂層穩(wěn)定固態(tài)電池中的金屬負極界面

Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃(LATP)固態(tài)電解質(zhì)由于其具有較高的室溫鋰離子電導(dǎo)率、空氣穩(wěn)定性和經(jīng)濟性而引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，LATP 在下一代鋰金屬固態(tài)電池（SSB）中的實際應(yīng)用因其與鋰金屬的高度不相容性而受到阻礙。

在此，清華大學王海輝教授，華南理工大學王素清研究員等人將凱芙拉芳綸納米纖維（KANF）膜與通過原位聚合形成的固化電解質(zhì)（SE）相結(jié)合構(gòu)建LATP的SE@KANF保護層。該保護層不僅可以有效防止鋰金屬還原LATP，而且可以提供緊密的界面接觸并限制不必要的電子傳輸。

結(jié)果顯示采用SE@KANF層的鋰對稱電池可實現(xiàn)1.4 mA cm^?2的超高臨界電流密度，并在0.2 mA cm^?2下穩(wěn)定循環(huán)超過2000小時。此外，與磷酸鐵鋰正極匹配的全電池在 30 °C、0.1 C 條件下循環(huán) 180 次后，容量保持率達到 95%。

圖1. SE@KANF-LATP的形貌結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作通過構(gòu)建SE@KANF作為SSE|Li界面緩沖層，提出了一種穩(wěn)定LATP|Li界面的簡單有效的策略。SE@KANF層阻止了鋰金屬負極對LATP的還原，并為離子傳輸建立了一條連貫路徑。除此之外，SE@KANF層保持較低的界面電子電導(dǎo)率，這有效地抑制了LATP內(nèi)部的鋰枝晶生長，有助于對稱電池中實現(xiàn) 1.4 mA cm^-2 的超高 CCD 和 0.2 mA cm^-2 下 2000 小時以上的穩(wěn)定循環(huán)。

此外，Li|SE@KANF-LATP|LFP SSB的首次放電比容量為159mAh g^-1，在30℃、0.1C下循環(huán)180次后可逆容量為95%。因此，該工作提出了一種提高 LATP|Li 界面兼容性的可靠策略，并為對鋰金屬負極不穩(wěn)定的SSE的應(yīng)用提供了新的機會。

圖2. Li|SE@KANF-LATP|LFP電池的電化學性能

Stabilizing Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃|Li Metal Anode Interface in Solid-State Batteries by Kevlar Aramid Nanofiber-Based Protective Coating, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202306748

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