上海硅酸盐所陶瓷基锂氟转换固态电池研究取得进展

近期，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员李驰麟团队在陶瓷基固态电池的界面改性及其锂氟转换反应激活方面取得系列进展。

锂金属负极理论容量高、电极电势低。与传统锂离子电池相比，锂金属电池的能量密度更高，正极材料的选择更广泛，既可以与传统的含锂聚阴离子框架和层状氧化物材料匹配，也可以与新兴的具有更高理论能量密度的无锂氟化物材料配合。一般的锂金属电池以电解液为锂离子传输的介质，主要成分是锂盐和有机溶剂，但由于液态介质副反应多和有机物的易燃性，这一类电池存在一定安全隐患。以固态电解质取代电解液作为锂离子传输导体，可以提高电池的安全性和稳定性，并扩大锂金属电池应用的温度范围。其中陶瓷基石榴石型（Garnet-type）固态电解质是很好的选择，近年来出现的掺杂锂镧锆氧(Li₇La₃Zr₂O₁₂，LLZO)固态电解质具有室温离子电导率高、合成工艺简单、电化学稳定窗口宽、无氧化还原活性元素等优点，是陶瓷基固态电解质的主要候选。然而，LLZO固态电解质面临着空气不稳定、表面易钝化、与锂金属界面接触差等问题，导致在电解质/锂负极界面处的阻抗很大，阻碍了锂离子的界面传输，同时有限的界面接触易引起锂离子的不均匀沉积，导致锂枝晶的生长，影响电池的使用寿命。因此，LLZO固态电解质/锂金属负极界面的钝化消除或亲锂改善是一个亟需解决的问题。

该团队提出“烛焰（candle soot）烧烤陶瓷”模式改性LLZO/Li界面的策略，显著剪薄了陶瓷表面的钝化层，实现了“转换型”锂氟化物固态电池的超长可逆循环。这种界面改性后的Li/CS-LLZO/FeF₃固态电池表现出优异的长循环和倍率性能，其初始可逆容量可达500 mAh·g^-1，循环寿命长达至少1500圈。

来源:中国电池网