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林應(yīng)斌/洪振生Adv. Sci.: Si納米顆粒鋰化吞噬全固態(tài)電池中的鋰枝晶

全固態(tài)鋰電池（ASSLBs）因其高能量密度、高安全性和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性而被公認(rèn)為后鋰離子電池時(shí)代的最有希望的候選者。然而，由于各種不確定的物理和化學(xué)問題導(dǎo)致鋰枝晶的不可避免的生長限制了其應(yīng)用。

在此，福建師范大學(xué)林應(yīng)斌教授、洪振生教授及德國科隆大學(xué)Sanjay Mathur等人提出了一種將Si納米顆粒填充到固體電解質(zhì)中，通過與Li枝晶的鋰化效應(yīng)來吞噬和錨定Li枝晶的策略。

結(jié)果表明，Si納米顆粒可以與相鄰的具有強(qiáng)電子傳輸能力的鋰枝晶共同鋰化。這種作用可以抑制鋰負(fù)極界面處鋰枝晶的形成，也可以將尖端鋰吞噬到固體電解質(zhì)內(nèi)部，從而抑制其縱向生長以避免固體電解質(zhì)被擊穿，從而顯著提高ASSLB的循環(huán)壽命。

圖1. Si納米顆粒在界面處的變化

作為概念驗(yàn)證，作者首次構(gòu)建了具有不對稱結(jié)構(gòu)的Li_6.7La₃Zr₂Al_0.1O₁₂（LLZA）-PEO/Si-PEO電解質(zhì)/LLZA-PEO的新型夾層結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)，并在Li/LiFePO₄電池中展示了1800小時(shí)以上穩(wěn)定的鋰沉積/剝離以及明顯改善的循環(huán)穩(wěn)定性，在1C下150次循環(huán)后可逆容量達(dá)到111.9 mAh g^-1。

此外，Si-PEO電解質(zhì)在夾層中的鋰化也得到了驗(yàn)證。制備的軟包電池表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)难h(huán)穩(wěn)定性，并且可以進(jìn)行折疊和切割，這表明這種簡單而有效的策略在ASSLB中的應(yīng)用前景廣闊。

圖2. 新型夾層結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)的構(gòu)建及固態(tài)電池性能

Swallowing Lithium Dendrites in All-Solid-State Battery by Lithiation with Silicon Nanoparticles, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202103786

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