石榴石型電解質(zhì)具有優(yōu)異的離子電導(dǎo)率和對鋰金屬的高(電)化學(xué)穩(wěn)定性，在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但石榴石中鋰枝晶生長甚至滲透的關(guān)鍵問題限制了其實際應(yīng)用。

在此， 青島大學(xué)郭向欣教授團隊通過BiOCl與Li金屬的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在Li/Li_6.75La₃Zr_1.75Ta_0.25O₁₂界面原位構(gòu)建了由Li₃Bi合金嵌套在反鈣鈦礦型Li₃OCl基體中的雜化層。這種中間層的親鋰性使石榴石與鋰金屬緊密接觸，保證界面電阻顯著降低至27 Ω cm²。

此外，內(nèi)部具有電子導(dǎo)電性的Li₃Bi納米顆粒使界面電位分布均勻化，而外部具有5.06 eV帶隙的Li₃OCl離子導(dǎo)電性基質(zhì)則阻止了電子從Li體中隧穿。得益于這種協(xié)同效應(yīng)，鋰對稱電池顯示出1.1 mA cm^-2的高臨界電流密度，以及0.5 mA cm^-2的超長循環(huán)壽命1000小時。

圖1. DFT計算

總之，該工作利用BiOCl對Li的原位轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在LLZTO和Li金屬負(fù)極之間形成Li₃Bi@Li₃OCl雜化層。DFT計算和實驗結(jié)果表明，低界面能與雜化層的親鋰性質(zhì)有關(guān)，保證了Li/LLZTO的無縫接觸，界面阻力大大降低，為27 Ω cm²。同時，Li₃Bi納米顆粒以5.06 eV的帶隙不連續(xù)分散在Li₃OCl基體中，可以有效抑制Li體的電子隧穿，抑制Li/LLZTO界面或晶界處的Li成核。基于此，LLZTO與鋰金屬的相容性大大增強，實現(xiàn)了1.1 mA cm^?2的高臨界電流密度，以及相應(yīng)的鋰對稱電池在0.5 mA cm^?2下延長了1000小時的循環(huán)壽命。

此外，基于LLZTO的固體NCM/Li電池在30°C下循環(huán)150次后，容量保持率高達(dá)82%。因此，這種原位自發(fā)轉(zhuǎn)換策略構(gòu)建具有親鋰和離子導(dǎo)電/電子阻隔性質(zhì)的中間層，在增強石榴石對鋰金屬的相容性方面具有光明的前景。

圖2. 電池性能

In Situ Conversion Reaction Triggered Alloy@Antiperovskite Hybrid Layers for Lithiophilic and Robust Lithium/Garnet Interfaces Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202307701