三星Nature Energy:银-碳复合负极助力高比能长寿命全固态锂金属电池！
北2北
使用金属锂作负极的全固态锂金属电池无论在容量还是能量密度上都远远优于传统的锂离子电池。然而，锂负极不受控的枝晶生长以及低库伦效率严重制约了全固态锂金属电池的实用化发展。近日，韩国三星电子有限公司的Yong-Gun Lee与Dongmin Im以及日本三星研究院的Yuichi Aihara等使用硫化物固态电解质与不含过量Li的银-碳复合负极构建了一种高性能全固态锂金属电池。
本文要点
1） 研究人员以Ag-C纳米复合电极取代金属锂作为电池负极，Ag在Li中的溶解减低了金属锂在集流体上发生沉积时的过电势，从而能够有效调节金属锂的沉积-剥离过程，从而赋予全电池以更长的电化学寿命。在之前的很多文献中碳常常作为保护层或三维集流体，但在这里C层起到的是隔膜的作用阻挡了金属锂与固态电解质的直接接触从而提高了固态电解质的稳定性并避免金属发生渗透。
2）该工作所使用的全电池体系以硫银锗矿型硫化物作为固态电解质，以比容量超过210mAh/g、面容量高于6.8mAh/cm2的高镍层状过渡金属氧化物（LiN0.9Co0.05Mn0.05O2, NCM955)作为正极材料然后利用等温静压技术来改善固态电解质与正负极之间的界面接触。其中，硫银锗矿型固态电解质薄膜不仅离子电导率很高而且还刚柔并济能够简化生产工艺并保持固态电解质与电极的紧密接触。为了避免正极材料在高压下的界面副反应，研究人员在NCM955正极表面包覆了一层厚度为5nm的Li2O-ZrO2涂层。
3）研究人员利用上述技术与材料开发出的双层叠片式软包电池的能量密度以堆叠式电池整体作为计算标准仍高达942Wh/kg，平均库伦效率高达99. 8%，且能够保持稳定循环超过1000周。
Yong-Gun Lee et al, High-energy long-cycling all-solid-state lithium metal batteries enabled by silver–carbon composite anodes, Nature Energy, 2020
DOI: 10.1038/s41560-020-0575-z
https://www.nature.com/articles/s41560-020-0575-z