【摘要】 钠超离子导体(NASICON)型Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP)是最有前途的固态电解质(SSEs)之一，因为它具有高锂离子电导率、对空气的高稳定性和低成本。

 

文章背景

 

钠超离子导体(NASICON)型Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP)是最有前途的固态电解质(SSEs)之一，因为它具有高锂离子电导率、对空气的高稳定性和低成本。然而，LATP由于其与锂金属的高度不相容性而没有被广泛使用。

 

成果简介

 

复旦大学夏永姚、新加坡材料研究工程研究所Xiaowei Wang团队提出了一种容易且廉价的喷涂方法，以在LATP上构建一层薄的3D有机/无机复合层，该复合层是商业氮化硼基脱模剂(BNRA)。

 

除了保护LATP，这种界面BNRA层使锂离子能够通过BN缺陷迁移，并由于原位形成Li–N而在BNRA/Li界面提供低电阻。与在贫锂锂/锂对称电池（2 µm）中无法支持锂剥离-电镀过程的裸 LATP 相比，BNRA-LATP 运行时间约为 1800 小时。

 

组装的贫锂 LiFePO4 (LFP)/BNRA-LATP/Li 固态电池 (SSB) 在 0.5 C 时提供 150.9 mAh g–1 的比容量，在 500 次循环后容量衰减很小。此外，BNRA 层通过快速的面内热分散消除了基于 LATP 的 SSB 的热失控风险。

 

这项工作展示了一种针对锂不相容性和热跑道问题的简便 LATP 保护策略，并确定了界面形成机制，实现了对高性能低成本 SSE 的追求。

 

图文导读

 

本文报道了一种商用氮化硼基脱模剂 (BNRA) 浆料作为 LATP 的涂层材料。因此，BNRA 界面层具有出色的机械强度和可观的柔韧性，可将 LATP 与锂负极的还原隔离开来。

 

研究表明，Li-N 的原位形成源于 BN 和 Li 之间的化学相互作用，降低了界面电阻，从而促进了 Li+ 的迁移并提高了界面相容性。与无法支持锂剥离-电镀过程的裸 LATP 相比，BNRA 改性 LATP 在贫锂 Li/Li 对称电池（2 µm）中的运行时间约为 1800 小时。

 

组装的贫锂Li/BNRA-LATP/LiFePO4（LFP）SSBs表现出优异的循环性能，500次循环后容量保持率高达92.0%，库仑效率高，表明BNRA界面层具有优异的稳定性，并具有高的锂剥离-电镀可逆性。

 

值得注意的是，BN 的良好导热性保证了电池中的及时热扩散，避免了进一步的热失控。结果表明，通过简便的制备BNRA层可以解决SSE与Li的不相容性和SSBs的热失控问题，为高性能Li金属SSBs铺平了道路。

 

图1

 

图2

 

图3

 

图4

 

图5

 

图6

 

总结与展望

 

总之，通过构建薄的BNRA保护层(200 nm)作为柔性SSE/Li界面，提出了一种用于LATP的简易喷涂策略。BNRA改性LATP经镀锂-退锂工艺处理后，未检测到Ti4+的还原产物，说明它能解决LATP的锂不相容问题。

 

此外，BNRA中的N原子是高度亲锂的，以允许在Li/BNRA-LATP界面上原位形成Li–N，从而在LATP电解质和Li阳极之间形成Li+的坚固的离子导电介质。得益于这种BNRA涂层，锂/LATP/锂对称电池在超贫锂条件下(2 m)可以支持1mA cm–2的高CCD。

 

贫锂LFP/BNRA-LATP/锂电池在0.5 C时的比容量为150.9mA·h·g-1，表现出优异的循环性能，500次循环后容量衰减较小。当电流密度增加到2 C时，容量保持在132.5mA·h·g-1的高值，这是由于在Li/BNRA-LATP中高度可逆的Li剥离-镀覆有效地利用了Li。

 

此外，Li/BNRA-LATP系统具有令人满意的热稳定性。这些属性揭示了该BNRA层提供了持久的电解质/Li界面，改善了电化学稳定性和热稳定性，为开发能够实现基于LATP的SSBs应用的改性策略铺平了道路。

 

文献链接

 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202201136

 

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