采用鋰金屬負(fù)極的全固態(tài)電池（ASSB）有望成為實(shí)現(xiàn)高能量密度的最有前途的儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。然而，鋰金屬負(fù)極與固態(tài)電解質(zhì)（SSE）之間的界面不穩(wěn)定性限制了全固態(tài)電池的速率能力和循環(huán)穩(wěn)定性。

在此，山東大學(xué)王儒濤團(tuán)隊(duì)通過(guò)在熔融鋰金屬中加入Ag₂O，制備了一種由鋰銀合金和鋰氧化物組成的復(fù)合鋰負(fù)極（LAO）。鋰銀合金可作為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，確保 LAO 內(nèi)電子的快速傳輸，并增強(qiáng)鋰的體擴(kuò)散。SEI 層中的常見(jiàn)成分 Li₂O 可以傳導(dǎo) Li⁺，以彌補(bǔ)高鋰離子含量時(shí) Li-Ag 合金擴(kuò)散速率的不足。此外，Li₂O 的存在還能延緩鋰枝晶的生長(zhǎng)，提高界面穩(wěn)定性。

弛豫時(shí)間分布（DRT）分析進(jìn)一步證明，LAO/Li₆PS₅Cl（LPSC）界面上的空洞形成和枝晶生長(zhǎng)可以受到抑制。LAO 合金的臨界電流密度(CCD) 高達(dá)1.5 mA cm^-2，比純鋰高出近四倍。此外，在對(duì)稱Li/LPSC/鋰電池中，LAO 在 1 mA cm^-2 的條件下可穩(wěn)定循環(huán) 1000 小時(shí)以上，采用 LAO 負(fù)極的 ASSB 可在 5 C 溫度下工作 4000 次以上而不會(huì)發(fā)生短路。

圖1. 制備及結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作展示了一種簡(jiǎn)便且可擴(kuò)展的策略，即通過(guò)在熔融鋰金屬中添加Ag₂O納米粉體來(lái)提高鋰從塊體向Li/SSE界面的擴(kuò)散速率。鋰銀合金和鋰氧化物的形成大大降低了界面阻力，并提高了鋰的傳輸動(dòng)力學(xué)。得益于復(fù)合鋰負(fù)極表面和主體鋰擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的改善，對(duì)稱電池可在1 mA cm^-2下循環(huán)1000小時(shí)以上，過(guò)電位低至40 mV，CCD大于1.5 mA cm^-2。

DRT分析表明，與鋰金屬負(fù)極相比，即使在10 mA cm^-2的條件下，Li⁺/Li原子也能通過(guò)部分脫鈦的鋰銀合金和Li₂O從LAO電極的主體轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)表面，從而穩(wěn)定Li/SSE界面。LAO||LCO ASSB在0.2 C時(shí)的比容量為117.5 mAh g^-1，在5 C以上具有高倍率能力，長(zhǎng)期穩(wěn)定循環(huán)次數(shù)超過(guò)4000?次，容量保持值為89.7%?？傊摴ぷ髟阡嚱饘匐姌O內(nèi)部構(gòu)建離子傳輸通道是提高ASSB倍率能力和循環(huán)穩(wěn)定性的一種潛在而有效的解決方案。

圖2. 電池性能

Robust All-Solid-State Lithium Metal Batteries Enabled by a Composite Lithium Anode with Improved Bulk Li Diffusion Kinetics Properties，ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09853