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AEM:揭示鋰金屬和固態電解質間界面的生長機制

AEM:揭示鋰金屬和固態電解質間界面的生長機制
具有高離子電導率和適當機械性能的鈣鈦礦是有前景的固態電解質(SSEs),可以替代目前鋰離子電池中的液態電解質。然而,它們在全固態電池中的實際應用仍然由于低臨界電流密度和對電極的差界面穩定性而受到阻礙。
AEM:揭示鋰金屬和固態電解質間界面的生長機制
圖1. Li2S-P2S5-B2S3電解質的制備示意
寧波大學林常規、奧爾堡大學Yuanzheng Yue等通過球磨和熔融淬火策略,開發了一系列優越的SSE,即Li2S-P2S5-B2S3電解質。與室溫下的二元Li2S-P2S5 SSE相比,所制備的SSE顯示出更高的離子電導率(0.83 mS cm-1)、更大的臨界電流密度(1.65 mA cm-2)和更長的無短路循環壽命。在電荷轉移的界面電阻逐漸增加的情況下,其獲得了300小時的長鋰剝離/沉積循環壽命。
AEM:揭示鋰金屬和固態電解質間界面的生長機制
圖2. 循環性能研究
此外,作者通過現場電化學阻抗光譜、深度探測XPS和原位拉曼光譜,揭示了SSE和鋰金屬之間的演變機制。研究顯示,結構和化學異質性被發現是界面持續演變的主要來源。由此產生的”類似多層馬賽克”的夾層有利于抑制鋰枝晶的生長,從而延長了全固態鋰離子電池的壽命。此外,該工作中開發的SSE的制備技術對于擴大生產規模是可行的。
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圖3. 界面演化分析
Unveiling the Growth Mechanism of the Interphase between Lithium Metal and Li2S-P2S5-B2S3 Solid-State Electrolytes. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202204386

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