在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種具有超高離子電導(dǎo)率、高鋰兼容性和空氣穩(wěn)定的富含空位的β-Li?N固態(tài)電解質(zhì)。

這種富含空位的β-Li?N固態(tài)電解質(zhì)在25°C下的離子電導(dǎo)率為2.14 × 10?3 S cm?1，超過了幾乎所有已報(bào)道的氮化物基固態(tài)電解質(zhì)

并揭示了一種由Li和N空位介導(dǎo)的快速鋰離子遷移機(jī)制，該機(jī)制涉及空位觸發(fā)的活化能降低和移動(dòng)鋰離子數(shù)量增加。

利用富含空位的β-Li?N的全固態(tài)鋰對(duì)稱電池在高臨界電流密度（高達(dá)45 mA cm?2）和高容量（高達(dá)7.5 mAh cm?2）方面取得了突破，并在2,000次循環(huán)中實(shí)現(xiàn)了超穩(wěn)定的鋰剝離和沉積過程。

富含空位的β-Li?N的高鋰兼容性機(jī)制被揭示為對(duì)鋰金屬的內(nèi)在穩(wěn)定性

此外，β-Li?N通過形成保護(hù)表面具有優(yōu)異的空氣穩(wěn)定性。

使用富含空位的β-Li?N作為固態(tài)電解質(zhì)層和鋰鈷氧化物（LCO）及富鎳LiNi?.??Co?.??Mn?.??O?（NCM83）正極的全固態(tài)鋰金屬電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電池性能。

對(duì)于LCO，在1.0 C下5,000次循環(huán)后，容量保持率為82.05%，容量為95.2 mAh g?1；對(duì)于NCM83，在1.0 C下3,500次循環(huán)后，容量保持率為92.5%，容量為153.6 mAh g?1，展示了極其穩(wěn)定的循環(huán)性能。

使用富含空位的β-Li?N固態(tài)電解質(zhì)和NCM83正極，全固態(tài)鋰金屬電池成功實(shí)現(xiàn)了高達(dá)5.0 C的溫和快速充放電速率，保留了60.47%的容量。

值得注意的是，這些電池表現(xiàn)出高的面容量，緊湊型顆粒電池約為5.0 mAh cm?2，全固態(tài)鋰金屬軟包電池約為2.2 mAh cm?2。

圖4: 全固態(tài)鋰對(duì)稱電池性能

圖5: 全固態(tài)鋰金屬電池性能（LCO正極）

圖6: 全固態(tài)鋰金屬電池性能（NCM83正極）。

Li, W., Li, M., Wang, S.?et al.?Superionic conducting vacancy-rich β-Li3N electrolyte for stable cycling of all-solid-state lithium metal batteries.?Nat. Nanotechnol. (2024).?