采用鋰金屬負極的全固態電池（ASSB）有望成為實現高能量密度的最有前途的儲能系統之一。然而，鋰金屬負極與固態電解質（SSE）之間的界面不穩定性限制了全固態電池的速率能力和循環穩定性。

在此，山東大學王儒濤團隊通過在熔融鋰金屬中加入Ag₂O，制備了一種由鋰銀合金和鋰氧化物組成的復合鋰負極（LAO）。鋰銀合金可作為導電網絡，確保 LAO 內電子的快速傳輸，并增強鋰的體擴散。SEI 層中的常見成分 Li₂O 可以傳導 Li⁺，以彌補高鋰離子含量時 Li-Ag 合金擴散速率的不足。此外，Li₂O 的存在還能延緩鋰枝晶的生長，提高界面穩定性。

弛豫時間分布（DRT）分析進一步證明，LAO/Li₆PS₅Cl（LPSC）界面上的空洞形成和枝晶生長可以受到抑制。LAO 合金的臨界電流密度(CCD) 高達1.5 mA cm^-2，比純鋰高出近四倍。此外，在對稱Li/LPSC/鋰電池中，LAO 在 1 mA cm^-2 的條件下可穩定循環 1000 小時以上，采用 LAO 負極的 ASSB 可在 5 C 溫度下工作 4000 次以上而不會發生短路。

圖1. 制備及結構表征

總之，該工作展示了一種簡便且可擴展的策略，即通過在熔融鋰金屬中添加Ag₂O納米粉體來提高鋰從塊體向Li/SSE界面的擴散速率。鋰銀合金和鋰氧化物的形成大大降低了界面阻力，并提高了鋰的傳輸動力學。得益于復合鋰負極表面和主體鋰擴散動力學的改善，對稱電池可在1 mA cm^-2下循環1000小時以上，過電位低至40 mV，CCD大于1.5 mA cm^-2。

DRT分析表明，與鋰金屬負極相比，即使在10 mA cm^-2的條件下，Li⁺/Li原子也能通過部分脫鈦的鋰銀合金和Li₂O從LAO電極的主體轉移到電解質表面，從而穩定Li/SSE界面。LAO||LCO ASSB在0.2 C時的比容量為117.5 mAh g^-1，在5 C以上具有高倍率能力，長期穩定循環次數超過4000?次，容量保持值為89.7%?？傊?，該工作在鋰金屬電極內部構建離子傳輸通道是提高ASSB倍率能力和循環穩定性的一種潛在而有效的解決方案。

圖2. 電池性能

Robust All-Solid-State Lithium Metal Batteries Enabled by a Composite Lithium Anode with Improved Bulk Li Diffusion Kinetics Properties，ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09853