汉阳大学AEM: 具有高倍率和稳定负极/固体电解质界面的全固态电池

由于其高能量密度和安全性，全固态电池（ASSB）有望成为下一代储能系统。然而，由于锂枝晶生长导致倍率能力差，它们的实际应用受到了限制。

在高电流密度下，负极和固体电解质（SE）界面处的锂迁移速度快于锂内部原子扩散的锂补充速度，导致负极和固体电解质界面处形成空隙。这些空隙引起局部电流密度的增加，导致锂枝晶的生长。

韩国汉阳大学Ungyu Paik, Taeseup Song等人证明了通过在锂金属中引入一维锂化ZnO 纳米棒（NRs）可以提高从锂内部到负极/SE层界面的补充率，从而提高ASSB的倍率性能和循环性能。锂化ZnO NRs是通过ZnO NRs与Li的转化反应制备的，由具有混合离子电子导电特性的Li-Zn合金和作为坚固稳定骨架的Li₂O组成。

图1. 负极形态演变的示意图和相应的SEM图像

锂化ZnO NRs能够传导锂离子，为锂离子从锂本身传输到锂和SE之间的界面提供了通道，从而提高了补充率。即使在高电流密度下，Li中的锂化ZnO NRs也能通过抑制Li/SE界面处的空隙形成来实现界面完整性。

采用锂化ZnO NRs的锂离子电池在在0.3 C下300次循环期间没有短路的情况且表现出稳定的循环性能和优异的倍率性能。这种电极设计概念可以为开发具有强大电化学性能的 ASSB提供指导。

图2. 基于锂化ZnO NRs的锂离子电池的电化学性能

Ion-Conducting Channel Implanted Anode Matrix for All-Solid-State Batteries with High Rate Capability and Stable Anode/Solid Electrolyte Interface, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102045

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汉阳大学AEM: 具有高倍率和稳定负极/固体电解质界面的全固态电池

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