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?賀艷兵/柳明EEM：多功能界面層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)室溫穩(wěn)定固態(tài)鋰金屬電池！

Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃(LATP)與鋰負(fù)極之間的接觸不良和副反應(yīng)導(dǎo)致鋰沉積不均勻和高界面阻抗，這大大阻礙了LATP在高能量密度固態(tài)鋰金屬電池中的實(shí)際應(yīng)用。

清華大學(xué)深圳研究生院賀艷兵、柳明等將強(qiáng)鐵電材料BaTiO₃（BTO）引入到聚（偏氟乙烯-三氟乙烯-氯三氟乙烯）[P(VDF-TrFE-CTFE)]（記為B-TERB）中，作為高離子傳導(dǎo)性界面層，開發(fā)了一種多功能的界面層。

圖1. 鋰沉積的示意

該界面層不僅可以誘導(dǎo)鋰離子的均勻和橫向沉積，而且還可以減少鋰/LATP的界面阻抗并抑制副反應(yīng)。鐵電B-TERB夾層表現(xiàn)出自發(fā)的偶極矩，在電池的電場中可以反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個反極化電場，反極化電場可以中和局部集中的電場，以緩解 “尖端效應(yīng)”，并使鋰離子分布均勻，從而實(shí)現(xiàn)沿其表面的水平鋰沉積。

因此，鋰尖端的消除與B-TERB夾層的均勻鋰離子傳輸相結(jié)合，有效地抑制了鋰枝晶的生長，并避免了它們與LATP發(fā)生副反應(yīng)，從而確保在長時(shí)間的循環(huán)中具有良好的固態(tài)電池性能。

圖2. 對稱電池性能

結(jié)果，在室溫（RT）條件下，Li/LATP@B-TERB/Li對稱電池可以在0.2 mA cm^-2條件下穩(wěn)定循環(huán)1800小時(shí)，在0.5 mA cm^-2條件下穩(wěn)定循環(huán)1000小時(shí)。此外，在RT下的LiFePO₄(LFP)/LATP@BTERB/Li全電池也表現(xiàn)出優(yōu)秀的循環(huán)性能，在0.5C下可循環(huán)250次。總體而言，這項(xiàng)工作為匹配陶瓷電解質(zhì)的先進(jìn)全固態(tài)電池提供了通用的界面設(shè)計(jì)策略。

圖3. 全電池性能

Engineering Ferroelectric Interlayer between Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 and Lithium Metal for Stable Solid-State Batteries Operating at Room Temperature. Energy & Environmental Materials 2022. DOI: 10.1002/eem2.12531

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