無锂枝晶穿透的超高電(diàn)流密度。多層設計将較不穩定的電(diàn)解質夾在較穩定的固體(tǐ)電(diàn)解質之間，通過在較不穩定的電(diàn)解質層中(zhōng)局部分(fēn)解，阻止了任何锂枝晶的生(shēng)長。
锂金屬因其高容量和能量密度而被認爲是锂離(lí)子電(diàn)池負極的最佳候選材料，而單晶LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（NMC811）被認爲是下(xià)一(yī)代正極材料。采用NMC81正極與锂金屬負極配對的電(diàn)池的穩定循環非常重要。然而，這種電(diàn)池與大(dà)多數電(diàn)解質，無論是液體(tǐ)還是固體(tǐ)，其穩定性都很差。衆所周知(zhī)，Li10±xM1±yP2±pS12±q（M=Ge，Si）與金屬锂不穩定。通常應用石墨或金屬铟等保護層來絕緣固體(tǐ)電(diàn)解質和金屬锂之間的接觸。如果沒有這種保護，使用純金屬锂作爲電(diàn)極和Li10Ge1P2S12（LGPS）作爲電(diàn)解質的對稱電(diàn)池會在有電(diàn)壓火(huǒ)花的情況下(xià)迅速失效。盡管大(dà)多數硫化物(wù)固體(tǐ)電(diàn)解質在與金屬锂接觸時會發生(shēng)一(yī)定程度的分(fēn)解，但硫銀鍺礦型Li6-yPS5-yCl1+y與金屬锂比LGPS更穩定。Li5.5PS4.5Cl1.5（LPSCl）可以運行150小(xiǎo)時以上。然而，之後仍然會出現短路。今日，在哈佛大(dà)學李鑫教授（通訊作者）團隊帶領下(xià)，報告了一(yī)種界面穩定性（對锂金屬響應）分(fēn)層結構的固态電(diàn)池設計，實現無锂枝晶穿透的超高電(diàn)流密度。多層設計将較不穩定的電(diàn)解質夾在較穩定的固體(tǐ)電(diàn)解質之間，通過在較不穩定的電(diàn)解質層中(zhōng)局部分(fēn)解，阻止了任何锂枝晶的生(shēng)長。團隊提出了一(yī)種類似于膨脹螺絲效應的機制，即任何裂縫都被動态生(shēng)成的分(fēn)解物(wù)所填充，而這些分(fēn)解也受到很好的約束，可能是由分(fēn)解引起的“錨定”效應。锂金屬負極與LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2正極配對的循環性能非常穩定，在20 C倍率下(xià)進行10000次循環後，容量保持率爲82%（8.6 mA/cm2），在1.5C倍率下(xià)進行2000次循環後容量保持率爲81.3%（0.64 mA/cm2）。同時，在微米級正極材料水平還能實現110.6 kW/kg的比功率和631.1 Wh/kg的比能量。相關成果以題爲“A dynamic stability design strategy for lithium metal solid state batteries”發表在了Nature。
圖1 多層設計的對稱電(diàn)池的循環性能
圖2 循環後固體(tǐ)電(diàn)解質的結構、化學和形貌
圖3 多層設計的固态電(diàn)池的循環性能
圖4 多層設計的固态電(diàn)池的比功率和能量
文章轉載自微信公衆号：材料人
