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由于鋰負極處的鋰枝晶生長和正極處的高界面電阻，高能全固態(tài)鋰金屬電池在低堆壓下的運行具有挑戰(zhàn)性。

在這里，馬里蘭大學王春生教授在Li/Li₆PS₅Cl界面成功設(shè)計了一個Mg₁₆Bi8₄中間層來抑制鋰枝晶的生長，并在LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（NMC811）正極上設(shè)計了一個富氟中間層來降低界面電阻。

文章要點

1）在鍍鋰-剝離循環(huán)期間，鎂從Mg₁₆Bi8₄中間層遷移到鋰負極，將Mg₁₆Bi8₄轉(zhuǎn)化為多功能LiMgS_x-Li₃Bi-LiMg結(jié)構(gòu)，其中各層分別充當固體電解質(zhì)中間相、多孔Li₃Bi子層和固體粘合劑（焊接多孔Li₃Bi到鋰負極）。

2）Li₃Bi亞層具有高離子/電子電導率，使得Li僅沉積在鋰負極表面并生長成多孔Li₃Bi亞層，從而改善壓力（應力）變化。由于F正離子在4.3V高電位下電化學遷移到NMC811中，穩(wěn)定了正極，因此具有富F中間層的NMC811轉(zhuǎn)化為F摻雜NMC811正極。

3）負極和正極中間層設(shè)計使NMC811/Li₆PS₅Cl/Li電池在2.55 mA?cm?2時實現(xiàn)7.2?mAh?cm?2的容量，而LiNiO₂/Li₆PS₅Cl/Li電池在2.55 mA?cm?2時實現(xiàn)11.1?mAh?cm?2的容量。在2.5MPa的低電堆壓力下，電池級能量密度為310 Wh?kg?1。

Mg₁₆Bi₈₄負極中間層和富氟正極中間層為全固態(tài)鋰金屬電池在低堆壓下實現(xiàn)高能量和快充提供了通用解決方案。

參考文獻

Wan, H., Wang, Z., Zhang, W. et al. Interface design for all-solid-state lithium batteries. Nature (2023).

DOI：10.1038/s41586-023-06653-w

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06653-w