王春生Nature：全固态锂电池界面设计

Nanoyu

2023-10-25

由于锂负极处的锂枝晶生长和正极处的高界面电阻，高能全固态锂金属电池在低堆压下的运行具有挑战性。

在这里，马里兰大学王春生教授在Li/Li₆PS₅Cl界面成功设计了一个Mg₁₆Bi8₄中间层来抑制锂枝晶的生长，并在LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（NMC811）正极上设计了一个富氟中间层来降低界面电阻。

文章要点

1）在镀锂-剥离循环期间，镁从Mg₁₆Bi8₄中间层迁移到锂负极，将Mg₁₆Bi8₄转化为多功能LiMgS_x-Li₃Bi-LiMg结构，其中各层分别充当固体电解质中间相、多孔Li₃Bi子层和固体粘合剂（焊接多孔Li₃Bi到锂负极）。

2）Li₃Bi亚层具有高离子/电子电导率，使得Li仅沉积在锂负极表面并生长成多孔Li₃Bi亚层，从而改善压力（应力）变化。由于F正离子在4.3V高电位下电化学迁移到NMC811中，稳定了正极，因此具有富F中间层的NMC811转化为F掺杂NMC811正极。

3）负极和正极中间层设计使NMC811/Li₆PS₅Cl/Li电池在2.55 mA cm−2时实现7.2 mAh cm−2的容量，而LiNiO₂/Li₆PS₅Cl/Li电池在2.55 mA cm−2时实现11.1 mAh cm−2的容量。在2.5MPa的低电堆压力下，电池级能量密度为310 Wh kg−1。

Mg₁₆Bi₈₄负极中间层和富氟正极中间层为全固态锂金属电池在低堆压下实现高能量和快充提供了通用解决方案。

参考文献

Wan, H., Wang, Z., Zhang, W. et al. Interface design for all-solid-state lithium batteries. Nature (2023).

DOI：10.1038/s41586-023-06653-w

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06653-w