中國粉體網(wǎng)訊 近日，上海交通大學材料科學與工程學院/金屬基復合材料國家重點實驗室劉河洲團隊段華南副研究員領(lǐng)導的小組在知名期刊《Advanced Functional Materials》（2018年影響因子15.621）上發(fā)表了題為“Intrinsic lithiophilicity of Li-garnet-electrolytes enabling high-rate lithium cycling”的學術(shù)論文。論文的第一作者是材料學院碩士生鄭鴻鵬，通訊作者為段華南副研究員。
固態(tài)鋰電池有望解決傳統(tǒng)鋰離子電池中比能量與安全性之間的矛盾被認為是下一代鋰電池的主要發(fā)展方向之一。固體電解質(zhì)為其中的關(guān)鍵材料。在諸多固體電解質(zhì)材料體系中，石榴石型固體電解質(zhì)（LLZO）以其高的離子電導率、良好的化學和電化學穩(wěn)定性而備受關(guān)注。然而LLZO/Li界面阻抗過高是急需解決的難題之一。本工作中，段華南等人通過表面處理獲得了Li和LLZO之間優(yōu)異的潤濕性能（圖一）。
圖一（a-b）經(jīng)過表面處理之后的LLZO/Li的界面電鏡圖；（c-d）未經(jīng)過任何處理的LLZO/Li界面電鏡圖；（e）兩種不同方法下潤濕狀態(tài)實物對比圖。
室溫下，LLZO/Li界面電阻僅為6.95 ohm cm2；在0.1mA cm-2電流密度下，鋰鋰對稱電池實現(xiàn)了950小時的長時間循環(huán)。優(yōu)異的界面潤濕性也將臨界電流密度（CCD）提高至13.3mA cm-2，高出同行一個數(shù)量級！且電化學恒流循環(huán)過程沒有出現(xiàn)任何短路的跡象（圖二）。同時結(jié)合飛行時間-二次離子質(zhì)譜（ToF-SIMS）等多種先進表征手段以及第一性原理計算（與密歇根學院朱虹老師合作），對其機理做出了解釋。此工作是LLZO/Li界面研究的一次突破，顯著提高了此界面的穩(wěn)定性和電流密度，在固體電解質(zhì)的應(yīng)用上邁出重要的一步。
圖二（a）Li/LLZO/Li對稱電池在室溫條件下的極限電流密度測試圖；（b-c） 對稱電池在不同條件下的循環(huán)性能圖。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）
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