调控电极-固态电解质界面的纳米非均匀性以实现无枝晶固态电池与长寿命忆阻器
应用物理
2021-04-05 v3 化学物理
摘要
陶瓷锂导体中枝晶的穿透严重制约了固态电池（SSBs）的发展，而其纳米尺度起源仍未被阐明。我们开发了一种原位纳米级电化学表征技术，以揭示纳米尺度锂枝晶生长动力学，并将其作为指导工具来设计无枝晶 SSBs 的界面。以 Li7La3Zr2O12（LLZO）为模型体系，进行了原位纳米级枝晶触发测量、非原位电-力学表征以及有限元模拟，揭示了 Li+ 通量绕行与纳米力学非均匀性在枝晶穿透中的主导作用。为缓解此类纳米非均匀性，设计了一种基于聚碳酸亚丙酯的离子导电均化层，其在温和条件下与锂原位反应形成高度共形的中间相。实现了 1.8mA cm-2 的高临界电流密度与 14{\Omega} cm2 的低界面电阻。基于 LiFePO4 正极的实用化 SSBs 展现出优异的循环稳定性，在 300 次循环内无容量衰减。此外，利用纳米电极发现了 LLZO 中高度可逆的电化学枝晶愈合行为，并基于此演示了一种具有 ~10^5 高开关比、可运行 >200 次的模型忆阻器。该工作不仅为研究和设计 SSBs 中的界面提供了新工具，也为固态电解质超越能源应用提供了新机遇。
引用
@article{arxiv.2010.01624,
title = {Modulating nano-inhomogeneity at electrode-solid electrolyte interfaces for dendrite-proof solid-state batteries and long-life memristors},
author = {Ziheng Lu and Ziwei Yang and Cheng Li and Kai Wang and Jinlong Han and Peifei Tong and Guoxiao Li and Bairav Sabarish Vishnugopi and Partha P. Mukherjee and Chunlei Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.01624},
year = {2021}
}