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漢陽大學(xué)AEM: 具有高倍率和穩(wěn)定負(fù)極/固體電解質(zhì)界面的全固態(tài)電池

由于其高能量密度和安全性，全固態(tài)電池（ASSB）有望成為下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，由于鋰枝晶生長導(dǎo)致倍率能力差，它們的實(shí)際應(yīng)用受到了限制。

在高電流密度下，負(fù)極和固體電解質(zhì)（SE）界面處的鋰遷移速度快于鋰內(nèi)部原子擴(kuò)散的鋰補(bǔ)充速度，導(dǎo)致負(fù)極和固體電解質(zhì)界面處形成空隙。這些空隙引起局部電流密度的增加，導(dǎo)致鋰枝晶的生長。

韓國漢陽大學(xué)Ungyu Paik, Taeseup Song等人證明了通過在鋰金屬中引入一維鋰化ZnO 納米棒（NRs）可以提高從鋰內(nèi)部到負(fù)極/SE層界面的補(bǔ)充率，從而提高ASSB的倍率性能和循環(huán)性能。鋰化ZnO NRs是通過ZnO NRs與Li的轉(zhuǎn)化反應(yīng)制備的，由具有混合離子電子導(dǎo)電特性的Li-Zn合金和作為堅(jiān)固穩(wěn)定骨架的Li₂O組成。

圖1. 負(fù)極形態(tài)演變的示意圖和相應(yīng)的SEM圖像

鋰化ZnO NRs能夠傳導(dǎo)鋰離子，為鋰離子從鋰本身傳輸?shù)戒嚭蚐E之間的界面提供了通道，從而提高了補(bǔ)充率。即使在高電流密度下，Li中的鋰化ZnO NRs也能通過抑制Li/SE界面處的空隙形成來實(shí)現(xiàn)界面完整性。

采用鋰化ZnO NRs的鋰離子電池在在0.3 C下300次循環(huán)期間沒有短路的情況且表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能和優(yōu)異的倍率性能。這種電極設(shè)計(jì)概念可以為開發(fā)具有強(qiáng)大電化學(xué)性能的 ASSB提供指導(dǎo)。

圖2. 基于鋰化ZnO NRs的鋰離子電池的電化學(xué)性能

Ion-Conducting Channel Implanted Anode Matrix for All-Solid-State Batteries with High Rate Capability and Stable Anode/Solid Electrolyte Interface, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102045

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