全固態電池具有高界面電阻和鋰枝晶生長,導致低的Li電鍍/剝離庫侖效率(CE )< 90 %,以及高容量下的低臨界電流密度。
馬里蘭大學王春生教授等通過在Li6PS5Cl電解質和Li陽極之間插入混合離子-電子導電(MIEC)和疏鋰LiF-C-Li3N-Bi納米復合中間層,同時解決了這兩個挑戰。
本文要點:
(1)
在0.2mA cm-2/0.2 mAh cm-2和> 3.0mA cm-2/3.0 mAh cm-2的臨界電流密度(CCD)下,Li電鍍/剝離CE顯著增加到99.6%。具有高離子電導率(10-5S cm-1)和低電子電導率(3.4×10-7S cm-1)的高度疏鋰的LiF-C-Li3N-Bi中間層使Li能夠鍍在集流體(CC)表面上,而不是Li6PS5Cl表面上,從而避免Li6PS5Cl電解質還原。在CC上初始鍍鋰期間,鋰滲入多孔LiF-C-Li3N-Bi中間層,鋰化Bi納米粒子進入Li3Bi。LiF-C-Li3N-Li3Bi子中間層中的親鋰Li3Bi和Li3N納米粒子將與鍍覆的Li一起移動到CC,在隨后的Li剝離期間形成LiF-C/Li3N-Li3Bi親鋰/親鋰子層。
(2)
這種中間層使得面積容量為1.4 mAh cm-2的Co0.1Fe0.9S2/Li6PS5Cl/Li電池在150mA g-1下的循環壽命超過850次。疏鋰/親鋰中間層使得固態金屬電池能夠同時實現高能量和長循環壽命。
參考文獻:
H. Wan, B. Zhang, S. Liu, Z. Wang, J. Xu, C. Wang, Interface Design for High-Performance All-Solid-State Lithium Batteries. Adv. Energy Mater. 2023, 2303046.
DOI: 10.1002/aenm.202303046
https://doi.org/10.1002/aenm.202303046