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張治安EnSM:超薄LiF/Li3Sb混合界面層實現的穩定全固態鋰金屬電池

張治安EnSM:超薄LiF/Li3Sb混合界面層實現的穩定全固態鋰金屬電池
PEO-LLZTO復合固態電解質被認為是最有前景的固態電解質之一。然而,由于鋰在固態電解質/鋰負極界面上的不均勻沉積,仍然存在由枝晶穿透引起的嚴重短路。
中南大學張治安等提出了一種在薄鋰箔上原位構建超薄LiF/Li3Sb雙功能界面層的聚合物基固態電池
張治安EnSM:超薄LiF/Li3Sb混合界面層實現的穩定全固態鋰金屬電池
圖1 SEI的設計
具體而言,作者以 SbF3為前驅體,采用噴涂法處理商用鋰箔,構建了超薄的LiF/Li3Sb混合界面層。研究發現,Li會優先均勻沉積在LiF/Li3Sb界面層上的顆粒間隙中,然后逐漸覆蓋界面層,在表面形成均勻致密的Li沉積層。
另外一部分Li可以穿過人工界面層并沉積在其底部。總之,Li在SbF3@Li上的均勻沉積提高了固態電解質/Li電極界面的穩定性,并緩解了枝晶和短路問題。
張治安EnSM:超薄LiF/Li3Sb混合界面層實現的穩定全固態鋰金屬電池
圖2 人工界面層表征
因此,使用SbF3@Li作為負極組裝固態對稱電池,獲得了0.6 mA?cm-2的高電流密度和0.2 mA?cm-2和0.2 mAh?cm-2下300h的長循環壽命。此外,采用LiFePO4或單晶LiNi0.6Mn0.1Co0.3O2組裝全電池,發現循環穩定性和庫侖效率大大提高。
LiFePO4|PEO-LLZTO|SbF3@Li電池在0.2 C下可穩定循環超過200次(94.5%容量保持率),并且在1 C下還表現出127.9 mAh?g–1的優異倍率能力。這些結果表明改性鋰負極在全固態鋰金屬電池應用中具有巨大潛力。
張治安EnSM:超薄LiF/Li3Sb混合界面層實現的穩定全固態鋰金屬電池
圖3 全固態電池性能
Stable all-solid-state lithium metal batteries enabled by ultrathin LiF/Li3Sb hybrid interface layer. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.04.023

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