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蘇黎世聯(lián)邦理工AEM：采用Sb構(gòu)建更好的鋰石榴石固態(tài)電解質(zhì)/鋰金屬界面

鋰石榴石Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固態(tài)電解質(zhì)在固態(tài)電池中的應(yīng)用因其與金屬鋰的差的潤濕性而受到嚴(yán)重阻礙。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Maksym V. Kovalenko、Kostiantyn V. Kravchyk等人選擇Sb作為LLZO固態(tài)電解質(zhì)和金屬鋰之間的界面層，從而改善LLZO表面上的鋰潤濕性。

對5到100 nm不同厚度的Sb層的比較表明，濺射有≈10 nm Sb層的LLZO顆粒與較薄(5 nm)、較厚(20–100 nm) Sb涂層或未涂層LLZO相比，具有最低的界面電阻（4.1 Ohm cm²）。

在室溫且無需外部壓力的情況下，Li/10-nm-Sb-LLZO/Li對稱電池在0.2 mA cm^-2的電流密度下表現(xiàn)出高達(dá)0.64 mA cm^-2的高臨界電流密度和40-50 mV的低過電位。

圖1 Sb包覆LLZO顆粒的表征

作者采用X射線光電子能譜和聚焦離子束飛行時間二次離子質(zhì)譜法對Sb涂層 LLZO界面的原子洞察表明，Sb涂層LLZO表面有效沉積/剝離鋰的主要因素是Li-Sb合金的形成。Li-Sb合金可在Li/LLZO界面實(shí)現(xiàn)有效的鋰離子和電子滲透，并有效地減少沉積/剝離鋰時空穴和鋰晶須的形成。

此外，作者還使用嵌入型 V₂O₅正極評估了Sb涂層LLZO固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)性能。Li/Sb涂層的 LLZO/V₂O₅全電池可提供約0.45 mAh cm^-2的穩(wěn)定面積容量，峰值電流密度為0.3 mA cm^-2。

圖2 對稱電池性能

Building a Better Li-Garnet Solid Electrolyte/Metallic Li Interface with Antimony. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102086

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