上硅所温兆银EnSM: 原位构建锂盐亲锂层诱导双功能中间相稳定LLZO/Li界面

固态锂（Li）金属电池因其高安全性和预期的高能量密度而有望用于下一代电池系统。Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）由于优异的离子电导率和优异的锂稳定性在众多固体电解质中脱颖而出，但界面接触不良和枝晶生长阻碍了其应用。

在此，中科院上海硅酸盐研究所温兆银研究员等人利用H₃BO₃水溶液和HF蒸气在Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂（LLZTO）表面构建了一个由锂盐组成的纳米多孔结构亲锂层。纳米孔隙的毛细管力以及锂盐与熔融锂之间的化学反应产生了优异的亲锂性，这可以极大地增强锂负极在石榴石固体电解质上的润湿性，从而将界面阻抗降低至约9 Ω m²。

此外，上述反应生成了Li_xBO_y和LiF，它们在LLZTO/Li界面构建了具有电子绝缘和高表面能的功能性SEI。这种电绝缘中间相阻断了界面处的电子传输，从而抑制了枝晶向石榴石电解质中的生长，而具有高表面能的LiF可以引导锂的水平沉积从而阻止枝晶的形成，两者都可以保证稳定的负极界面。

图1. 石榴石电解质的原位表面改性方法及表征

通过上述效果，获得了稳定的LLZO/Li界面及LixBOy-LiF（LBF）中间相。因此，对称锂电池在25 ℃时表现出约2 mA cm^-2的改进临界电流密度（60 ℃时为 8 mA cm^-2）和在25 ℃、0.5 mA cm^-2时1200小时的优异循环稳定性（在60 ℃、2 mA cm^-2时稳定循环超过200小时）。

具有LiFePO₄ (LFP) 或 LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM523）正极的准固态电池具有优异的长期循环性能，可在25 ℃下以1.2 mA cm^-2的高电流密度下正常工作。采用LFP的全固态电池可以在0.4 mA cm^-2 下放电约110 mAh g^-1，并在60 ℃下实现超过320次循环的出色稳定性。这些结果表明，该LBF层有望用于基于LLZO固体电解质的固态锂金属电池。

图2. 具有LLZTO-LBF的固态锂电池的性能

In-situ constructed lithium-salt lithiophilic layer inducing bi-functional interphase for stable LLZO/Li interface, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.01.046

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上硅所温兆银EnSM: 原位构建锂盐亲锂层诱导双功能中间相稳定LLZO/Li界面

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