锂金属电池固态电解质的变化

为满足能源需求，高容量电池体系如锂硫电池、锂-空气电池、锂金属电池等成为研究热点。在这些体系中，锂金属负极存在许多问题：

(1)锂枝晶的生长容易引发短路，造成安全隐患;

(2)固体电解质界面膜(Solidelectrolyteinterphase,SEI)的不稳定性，导致电解液的消耗并降低电池库伦效率和循环寿命，这些问题严重阻碍了这些高容量电池体系的发展和实际应用。

固态电解质具有较高的离子电导率和一定的机械强度，在很大程度上可提高锂电池安全性，即使在全固态锂电池(All-solid-stateLibatteries,ASSLBs)中发生短路，不可燃的固态电解质也可避免着火和爆炸的发生。

另外，固态电解质可保证电池的高能量/功率密度和长循环寿命，在提高电池稳定性方面有很大发展潜力。但电解质-电极间往往有较大界面电阻，阻碍了离子传输。

最近，Luo等通过在石榴石型固态电解质表面沉积硅层，实现电解质表面从疏锂到亲锂的转变，减小固-固界面电阻，对提高锂金属电池的安全稳定性有重要意义。

Figure1.TransitionfromSuper-lithiophobicitytoSuper-lithiophilicityofGarnetleadstoamuchsmallerinterfacialresistance.

实验以Nb、Ca共掺杂Li7La3Zr2O12为研究体系，制备Li6.85La2.9Ca0.1Zr1.75Nb0.25O12(LLZ)固态电解质。其中Nb可稳定立方相，增强锂离子传导;Ca可降低烧结温度。通过PECVD在表面沉积很薄的硅层，可使界面电阻减小7倍，并保持稳定的循环性能。该团队还通过理论计算对该现象进行论证。

综上，该工作提出通过沉积亲锂金属可有效降低固态电解质-电极界面电阻，对提高锂金属电池的安全性具有指导意义。

Figure2.EvaluationofLLZwettabilitywithLimetal.(a)SchematicshowingthedesignedLLZpelletwithonlyonehalf(orange)selectivelycoatedwithamorphousSi.(b)SEMimageshowingthecontrastbetweenthebareLLZareaandtheSi-coatedarea.(c)Ahomemadesetupforthewettabilityevaluation,wheremoltenLiwasloadedinastainlesssteelboatonahotplate(～200°C).Digitalimagesofthehalf-coatedLLZpelletbeforeandafterdippinginmoltenLifor.(d)0,(e)1,and(f)4s.ThisshowsthedramaticwettabilitytransitionofLLZfromsuperlithiophobicitytosuperlithiophilicityusinganamorphousSicoating.

Figure3.ElectrochemicalperformanceofsymmetriccellsusingSi-coatedandbareLLZ.Schematicillustrationshowingthestructureofsymmetriccellswith(a)LLZor(b)Si-coatedLLZSSEs.(c)Electrochemicalimpedancespectroscopy(EIS)measurementsofsymmetriccellswheretheinterfacialresistanceoftheSi-coatedgarnetcellwassignificantlydecreased.(inset)DigitalimageofaLi/Si-coatedLLZ/Lisymmetriccell.(d)Long-termcyclingperformanceoftheLi/Si-coatedLLZ/Lisymmetriccellatcurrentdensitiesof0.05and0.1mA/cm2.(e)VoltageprofilesoftheLi/Si-coatedLLZ/Lisymmetriccellatcurrentdensitiesof0.1and0.2mA/cm2.