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張久俊院士/蔣永Nano Energy：低成本快速實(shí)現(xiàn)高性能石榴石基固態(tài)鋰金屬電池

石榴石基固態(tài)鋰金屬電池（SSLMBs）因其高能量密度、寬工作溫度、高安全性而被認(rèn)為是電動汽車和大型儲能系統(tǒng)的候選電源。然而，石榴石/鋰金屬負(fù)極界面的差潤濕性、大界面阻抗和循環(huán)過程中鋰枝晶生長的滲透性限制了SSLMBs的實(shí)際應(yīng)用。

上海大學(xué)張久俊院士、蔣永等通過快速（約 5 分鐘）液相沉積方法在固態(tài)Li_6.75La₃Zr_1.75Ta_0.25O₁₂ (LLZTO)電解質(zhì)表面制備了SnS₂超薄膜。然后，通過熔融的Li和SnS₂之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，原位構(gòu)建Li₂S/Li_xS_n混合離子/電子導(dǎo)電層。

這種混合導(dǎo)電層可以顯著降低界面阻抗，確保鋰/石榴石界面的緊密接觸并抑制鋰枝晶的生長。其中，Li_xS_n可以提供均勻的電場分布，緩沖電池充放電過程中的體積變化。同時(shí)，Li₂S顯示出高離子電導(dǎo)率（10^-5 S cm^-1），可以在混合改性層內(nèi)提供快速的Li⁺擴(kuò)散路徑。

圖1 材料制備及表征

因此，采用Li₂S/Li_xS_n改性層的Li對稱電池表現(xiàn)出47 Ω cm²的低界面電阻和超過1000次循環(huán)的長壽命。此外，采用這種鋰/石榴石界面組裝的LiFePO₄基全電池顯示出優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能。

這些結(jié)果證明了所提出的固態(tài)石榴石電解質(zhì)改性策略的可行性，并為開發(fā)高性能固態(tài)電池鋪平了道路。

圖2 對稱電池性能

A fast and low-cost interface modification method to achieve high-performance garnet-based solid-state lithium metal batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106643

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