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ACS Energy Letters：多功能界面實(shí)現(xiàn)高倍率、長壽命鋰金屬電池

電解質(zhì)中的鋰枝晶生長是石榴石型固態(tài)電解質(zhì)基固態(tài)電池商業(yè)化的主要障礙之一。

韓國首爾大學(xué)Kisuk Kang等提出了一種多功能夾層，該夾層可以在相對較低的溫度下簡單且經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用于固態(tài)電池系統(tǒng)，并且能夠克服界面和電子導(dǎo)電性的關(guān)鍵問題，從而在實(shí)用高電流密度下實(shí)現(xiàn)顯著改善的循環(huán)穩(wěn)定性。

這里利用SnF₂和鋰金屬之間的化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，通過簡單的一步金屬氟化物（SnF2）濕法涂層，即可產(chǎn)生由LiF和金屬鋰合金（Li?Sn）組成的多功能界面。

研究顯示，包含Li?Sn合金的共形LiF薄層可以有效地形成在固態(tài)電解質(zhì)的表面，以增強(qiáng)與鋰金屬的粘附力，從而降低界面電阻，并防止高電流密度時(shí)的短路；而Li-Sn合金則可加速界面處鋰擴(kuò)散的動力學(xué)，并抑制連續(xù)循環(huán)過程中空隙和孔隙的形成。

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圖1. SnF₂修飾界面的形態(tài)和化學(xué)表征

結(jié)果，受益于這種人工夾層，鋰對稱電池在25°C下具有2.4 mA cm^-2的超高臨界電流密度，并可以在0.5 mA cm-2 cm^-2和1.0 mA cm^-2下分別實(shí)現(xiàn)超過1000小時(shí)和300小時(shí)的出色循環(huán)穩(wěn)定性。此外，基于LFP和LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正極的全固態(tài)電池進(jìn)一步證實(shí)了這些特性，在1.0 mA cm^-2下可提供超過600次循環(huán)的穩(wěn)健循環(huán)壽命，這是迄今為止報(bào)道的室溫下最高性能。

這種策略可廣泛適用于其他固態(tài)電解質(zhì)，因?yàn)樗哂泻啽愕牡蜏毓に?。此外，它還可以進(jìn)一步擴(kuò)展到其他基于轉(zhuǎn)化的金屬氟化物，并有望加速石榴石型固態(tài)電解質(zhì)在全固態(tài)電池中的實(shí)際應(yīng)用。

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圖2. 固態(tài)鋰金屬全電池性能

Multifunctional Interface for High-Rate and Long-Durable Garnet-Type Solid Electrolyte in Lithium Metal Batteries. ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02332

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