氮化硼涂層穩(wěn)定LATP-Li 界面，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異貧鋰、熱穩(wěn)定性能

Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）是最有前途的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）之一，但LATP與鋰金屬的高度不相容性限制了其應(yīng)用。復(fù)旦大學(xué)夏永姚&新加坡科技局材料研究所Wang Xiaowei，提出在LATP上噴涂商業(yè)氮化硼基脫模劑(BNRA)的構(gòu)建3D有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合保護(hù)層，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的貧鋰電化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。

【研究亮點(diǎn)】

1. 開發(fā)了一種廉價(jià)簡(jiǎn)便的保護(hù)層構(gòu)建方法：使用商用氮化硼基脫模劑(BNRA)對(duì)LATP片的表面進(jìn)行噴涂。

2. BNRA界面層具有出色的機(jī)械強(qiáng)度和可觀的柔韌性。BN和Li之間的化學(xué)相互作用原位形成了Li-N鍵，降低了界面電阻，從而促進(jìn)了Li+遷移并提高了界面相容性，同時(shí)，LATP和Li之間的反應(yīng)可以被BNRA界面層完全阻斷。

3. BNRA在貧鋰Li/Li對(duì)稱電池（2 μm）中使用改進(jìn)的LATP（BNRA-LATP）可實(shí)現(xiàn)約1800小時(shí)的長(zhǎng)循環(huán)壽命。貧鋰Li/BNRA-LATP/LiFePO4固態(tài)全電池在500次循環(huán)后具有92.0%的容量保持率和高庫(kù)侖效率，這表明BNRA界面層具有優(yōu)異的穩(wěn)定性并能促進(jìn)高度可逆的鋰沉積/溶解。

4. BN的良好導(dǎo)熱性保證了電池中及時(shí)的熱擴(kuò)散，避免了進(jìn)一步的熱失控，因此BNRA層可以解決固態(tài)電解質(zhì)與Li的不相容性和固態(tài)電池的熱管理問(wèn)題，為高性能Li金屬固態(tài)電池鋪平了道路。

圖1 a) LATP和b) BNRA-LATP的SEM圖像；c) BNRA-LATP的截面SEM圖像；d) BNRA-LATP中不同深度元素的原子比；e)半包覆LATP在鋰沉積前后的光學(xué)照片；f) BNRA層中Li+遷移路徑示意圖。g) 25 °C下的奈奎斯特圖。

圖2 a) CV；b) LATP和c) BNRA-LATP對(duì)稱電池在不同放置時(shí)間前后的EIS曲線。d) BNRA-LATP對(duì)稱電池的沉積/溶解循環(huán)。BNRA-LATP對(duì)稱電池在e) 0.05 mA cm-2和f) 0.2 mA cm-2下的循環(huán)性能。g) BNRA-LATP對(duì)稱電池在不同電流密度下的CCD測(cè)試。

圖3 a) LATP和BNRA-LATP的熱傳播實(shí)驗(yàn)；從b) Li/LATP/Li和c) Li/BNRA-LATP/Li樣品的ARC測(cè)試中收集的時(shí)間-溫度曲線。