AFM：定制能带对齐的界面建模实现电化学稳定的全固态锂金属电池

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AFM：定制能带对齐的界面建模实现电化学稳定的全固态锂金属电池
锂金属负极 (LMA) 和无机固态电解质 (SSE) 之间的界面不稳定性是全固态锂金属电池 (ASSLB) 中的一个关键问题。以前的研究集中在界面改性方法上，在没有深入了解 LMA-SSE界面的情况下制定策略。此外，可充电电池通过电场内的电荷行为运行这一事实经常被忽视。
AFM：定制能带对齐的界面建模实现电化学稳定的全固态锂金属电池
在此，韩国庆北大学Jeeyoung Yoo及首尔国立大学Youn Sang Kim等人首次证明了基于能带理论的界面建模确实有效地克服了SSE对LMA的内在脆弱性。作者通过在电解质表面沉积纳米级Ti，有效地改善了本质上不稳定的LMA-SSE界面。
与没有界面改性的原始电池相比，具有Ti沉积Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）的对称锂电池表现出显著增强的电化学可靠性。此外，界面改性电池在各种电流密度下的长期循环过程中保持其电化学稳定性和电均匀性，而没有界面改性的电池表现出不稳定的电压分布，并且很容易因重复的充放电过程而失效。
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图1. 应用中间层的表面分析
这种改进是通过在负极-电解质界面形成作为稳定的锂离子导体和电子缓冲层的自感应夹层实现的。XRD分析证实了自诱导夹层的形成，EDS数据显示了其结构稳健性和均匀的元素分布，深度剖面XPS测量证实了跨界面的电子阻挡现象的影响。
此外，这种新引入的基于能带理论的分析方法确实确定了锂离子导电固体之间的物理稳定性。夹层和电解质的能带排列诱导了阻碍电子传输的界面能垒。随后，电池组件可以在重复的充放电过程中保持其功能。
该发现将为实用的全固态电池的开发做出重大贡献，阐明固态电解质与绝缘液体电解质具有不同半导体特性的事实。因此，电化学和固态物理学的跨学科研究对于电池技术的突破是必要的。
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图2. 系统设计的中间层对LMA-SSE界面稳定性影响的电化学分析
Interface Modeling via Tailored Energy Band Alignment: Toward the Electrochemically Stabilized All-Solid-State Li-Metal Battery, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202107555

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