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2022-04-01
颗粒在线讯：固态电池在取代传统锂离子电池以提供更高的能量密度和安全性方面极具潜力。然而，陶瓷基固体电解质（CSSEs）与电极的接触不良会导致较大的界面电阻。近日，同济大学罗巍教授，华中科技大学黄云辉教授研究了Li7La3Zr2O12 （LLZO）在化学活性液态电解质（Les）中的分解途径，并通过纳米级自组装单分子膜（SAM）保护，成功地从源头上切断了界面副反应。
本文要点：
1）原位Li+/H+离子交换和LiOH在LLZO上的形成是整个分解过程的初始步骤，而LE中的质子是主要原因。随着离子交换的进行，SLEI层逐渐变厚，直到离子交换达到动态平衡状态。此外，研究人员还探索并提出了由低聚物在羟基化LLZO表面和LiOH上的吸附行为。低聚物化学键合交换产物并接枝到LLZO表面，最终构建了厚的固-液电解质界面（SLEI）层。
2）根据界面反应的特点，研究人员引入在LLZO上具有组装能力的酸性分子来处理这些LE-LLZO界面问题。由于分子酸性和结构的精细调节，在分子组装过程中，Li+/H+离子交换在一定程度上提前发生在LLZO上，同时在LLZO表面形成稳定致密的SAM，阻止了LLZO与LE中的质子进一步离子交换和LE分解物的化学吸附。
3）实验结果显示，LE-LLZO界面处实现了前所未有的接近零的阻抗。与纯LLZO组装的电池相比，采用SAM修饰的LLZO组装的电池600次循环后的比容量提高了39%以上。同时，由于降低了界面电阻，倍率性能得到显著提高，临界电流密度增加了一倍，达到4.6 mA cm-2。
文章链接：
Huang et al., Negating Li+ transfer barrier at solid-liquid electrolyte interface in hybrid batteries, Chem (2022)
DOI：10.1016/j.chempr.2022.03.002
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.03.002
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