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石榴石電解質Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂ (LLZTO)已經成為固態電池(SSBs)有前途的候選材料。

然而，Li⁺沉積不均勻和電子泄漏導致的鋰枝晶問題，嚴重限制了石榴石基SSBs的應用。

基于此，中南大學紀效波教授在國際期刊Advanced Functional Materials發表題為《Harmonized Interphase Refinement for Robust Garnet Solid-State Batteries》的研究論文。

圖1：理想界面層的示意圖及LSF（Li₃Sb-LiF-Sb）復合界面層的制備過程

此項研究中，作者提出了一種高性能石榴石基SSB，以人造協調界面(LSF)來增強界面動力學和抑制電子穿透。

密度泛函理論(DFT)計算表明，與LLZTO和Li相比，具有較低界面能的Li₃Sb促進了緊密結合的LLZTO|Li界面的形成。

此外，LiF的電子絕緣性質和優異的γE值有效地抑制了電子泄漏和枝晶滲透。

圖2：LLZTO-LSF的XRD圖譜及Li-Sb-F系統相圖

通過利用功能性LSF界面層成功實現了4.8Ω cm²的低界面電阻，并且Li|LLZTO-LSF|Li對稱電池在0.3mA cm^?2下表現出1200小時以上的長期鋰沉積/剝離穩定性。

圖3：LFP|LLZTO-LSF|Li全電池的電化學性能

LFP|LLZTO-LSF|Li全電池還表現出出色的循環性能(在1C下200次循環后容量保持率為93.1%)。

因此，利用協同中間層已被認為是石榴石基固態鋰電池發展的有效策略。

文獻信息：Harmonized Interphase Refinement for Robust Garnet Solid-State Batteries, Advanced Functional Materials., 2024.

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