山大王儒涛ACS Nano：块体复合锂负极实现稳定全固态金属锂电池

采用锂金属负极的全固态电池（ASSB）有望成为实现高能量密度的最有前途的储能系统之一。然而，锂金属负极与固态电解质（SSE）之间的界面不稳定性限制了全固态电池的速率能力和循环稳定性。

在此，山东大学王儒涛团队通过在熔融锂金属中加入Ag₂O，制备了一种由锂银合金和锂氧化物组成的复合锂负极（LAO）。锂银合金可作为导电网络，确保 LAO 内电子的快速传输，并增强锂的体扩散。SEI 层中的常见成分 Li₂O 可以传导 Li⁺，以弥补高锂离子含量时 Li-Ag 合金扩散速率的不足。此外，Li₂O 的存在还能延缓锂枝晶的生长，提高界面稳定性。

弛豫时间分布（DRT）分析进一步证明，LAO/Li₆PS₅Cl（LPSC）界面上的空洞形成和枝晶生长可以受到抑制。LAO 合金的临界电流密度(CCD) 高达1.5 mA cm^-2，比纯锂高出近四倍。此外，在对称Li/LPSC/锂电池中，LAO 在 1 mA cm^-2 的条件下可稳定循环 1000 小时以上，采用 LAO 负极的 ASSB 可在 5 C 温度下工作 4000 次以上而不会发生短路。

图1. 制备及结构表征

总之，该工作展示了一种简便且可扩展的策略，即通过在熔融锂金属中添加Ag₂O纳米粉体来提高锂从块体向Li/SSE界面的扩散速率。锂银合金和锂氧化物的形成大大降低了界面阻力，并提高了锂的传输动力学。得益于复合锂负极表面和主体锂扩散动力学的改善，对称电池可在1 mA cm^-2下循环1000小时以上，过电位低至40 mV，CCD大于1.5 mA cm^-2。

DRT分析表明，与锂金属负极相比，即使在10 mA cm^-2的条件下，Li⁺/Li原子也能通过部分脱钛的锂银合金和Li₂O从LAO电极的主体转移到电解质表面，从而稳定Li/SSE界面。LAO||LCO ASSB在0.2 C时的比容量为117.5 mAh g^-1，在5 C以上具有高倍率能力，长期稳定循环次数超过4000 次，容量保持值为89.7%。总之，该工作在锂金属电极内部构建离子传输通道是提高ASSB倍率能力和循环稳定性的一种潜在而有效的解决方案。

图2. 电池性能

Robust All-Solid-State Lithium Metal Batteries Enabled by a Composite Lithium Anode with Improved Bulk Li Diffusion Kinetics Properties，ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09853