研究背景

石榴石型氧化物L(fēng)i6.4La3Zr1.4Ta0.6O12(LLZTO)作為一種極具發(fā)展前景的固體電解質(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，在使用過程其本身與鋰金屬間界面阻抗較大，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)際的應(yīng)用。因此本研究通過自旋鍍膜（MgF2）工藝以及原位合金化轉(zhuǎn)化反應(yīng)在LLZTO與Li金屬之間構(gòu)建了一種Li-mg合金/LiF (LMF)全無機(jī)混合導(dǎo)電層來改善這一問題。

研究內(nèi)容

該研究首先通過對(duì)MgF2@LLZTO樣品進(jìn)行多種形貌表征，結(jié)合XRD以及電鏡圖像來表明研究成功的在LLZTO表面涂覆上了一層致密的四方相的MgF2層。

圖1 MgF2@LLZTO的表征隨后該研究分別組裝了不同旋涂速度下MgF2@LLZTO的鋰對(duì)稱電池，并對(duì)電化學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比。通過測(cè)試結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)在8000rpm旋涂速度下的涂層具有最佳的電化學(xué)性能（最小的阻值以及最佳的循環(huán)穩(wěn)定性）。

圖2 不同旋涂速度下MgF2@LLZTO鋰對(duì)稱電池的電化學(xué)性能緊接著該研究為證實(shí)MgF2與Li之間發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的機(jī)理，研究者對(duì)反應(yīng)前后的LLZTO進(jìn)行了XPS以及XRD表征。結(jié)果表明XRD中出現(xiàn)了Li-Mg合金相以及XPS圖譜中出現(xiàn)了Li-Mg合金和LiF的特征峰，這一結(jié)果證明了MgF2與熔融的Li金屬反應(yīng)生成Li-Mg合金和LiF的過程，揭示了Li|LLZTO界面改善的根本原因。

圖3 對(duì)反應(yīng)前后LLZTO表面的表征然后該研究通過潤濕實(shí)驗(yàn)以及SEM橫截圖像來表明LMF修飾層能夠大大改善Li與LLZTO間的界面接觸。同時(shí)組裝LMF-LLZTO的鋰對(duì)稱電池，通過其電化學(xué)性能進(jìn)一步表明表面修飾層的優(yōu)秀性能。

圖4 SEM橫截圖和LMF-LLZTO對(duì)稱電池電化學(xué)性能

最后研究將LiFePO4和LMP-LLZTO組裝成全固態(tài)鋰金屬電池并與普通的LLZTO電化學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比，Li|LMF@LLZTO|LFP低的阻抗以及長期的循環(huán)穩(wěn)定性表明混合導(dǎo)電層Li-mg /LiF的改性成功地改善了Li|LLZTO界面接觸，抑制了Li枝晶的生長。

圖5 Li|LMF@LLZTO|LFP和Li| LLZTO|LFP的電化學(xué)性能

總結(jié)

綜上所述，該研究提供了一種快速、高效、低成本的界面改性策略，不僅提高了石榴石型固體電解質(zhì)與鋰金屬之間的潤濕性，而且有效抑制了Li|LLZTO界面上鋰枝晶的生長，這為實(shí)現(xiàn)高能密度固態(tài)鋰金屬電池提供了切實(shí)可行的解決方案。

審核編輯：郭婷