苏黎世联邦理工AEM：采用Sb构建更好的锂石榴石固态电解质/锂金属界面

锂石榴石Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固态电解质在固态电池中的应用因其与金属锂的差的润湿性而受到严重阻碍。

瑞士苏黎世联邦理工学院Maksym V. Kovalenko、Kostiantyn V. Kravchyk等人选择Sb作为LLZO固态电解质和金属锂之间的界面层，从而改善LLZO表面上的锂润湿性。

对5到100 nm不同厚度的Sb层的比较表明，溅射有≈10 nm Sb层的LLZO颗粒与较薄(5 nm)、较厚(20–100 nm) Sb涂层或未涂层LLZO相比，具有最低的界面电阻（4.1 Ohm cm²）。

在室温且无需外部压力的情况下，Li/10-nm-Sb-LLZO/Li对称电池在0.2 mA cm^-2的电流密度下表现出高达0.64 mA cm^-2的高临界电流密度和40-50 mV的低过电位。

图1 Sb包覆LLZO颗粒的表征

作者采用X射线光电子能谱和聚焦离子束飞行时间二次离子质谱法对Sb涂层 LLZO界面的原子洞察表明，Sb涂层LLZO表面有效沉积/剥离锂的主要因素是Li-Sb合金的形成。Li-Sb合金可在Li/LLZO界面实现有效的锂离子和电子渗透，并有效地减少沉积/剥离锂时空穴和锂晶须的形成。

此外，作者还使用嵌入型 V₂O₅正极评估了Sb涂层LLZO固态电解质的电化学性能。Li/Sb涂层的 LLZO/V₂O₅全电池可提供约0.45 mAh cm^-2的稳定面积容量，峰值电流密度为0.3 mA cm^-2。

图2 对称电池性能

Building a Better Li-Garnet Solid Electrolyte/Metallic Li Interface with Antimony. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102086

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