石榴石型固态电解质/铝锂合金界面构筑及电化学性能

发布时间：2021-03-07 19:01

　　本文通过在锂负极中熔入少量铝制备了一种含Al-Li合金（Al₄Li₉）的新型复合锂负极,可有效改善Garnet/金属锂界面润湿性,从而显著降低了界面阻抗. XRD研究结果表明这一复合锂负极由Al₄Li₉合金和金属锂两相复合而成. SEM研究表明,复合锂负极可以有效改善金属锂与Garnet电解质的界面接触,形成更为紧密的接触界面.电化学测试表明,复合锂负极显著降低了金属锂与Garnet电解质的界面阻抗,界面阻抗由锂/Garnet电解质界面的740.6Ω·cm²降低到复合锂负极/Garnet电解质界面的75.0Ω·cm².使用复合锂负极制备的对称电池在50μA·cm^-2和100μA·cm^-2电流密度锂沉积-溶出过程中表现出较低的极化和良好的循环稳定性,在50μA·cm^-2电流密度下,可以稳定循环超过400小时. 

【文章来源】：电化学. 2020,26(02)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

Al-Li合金的相图[21]

为了确定复合锂负极与电解质的稳定性，作者组装了Pt/LLZWO/AlLi49半阻塞电池.图3是测试的交流阻抗谱和循环伏安图.在阻抗谱中，其交流阻抗谱高频与横轴的截距归属于LLZWO电解质片的阻抗，中频处的半圆为电解质片与AlLi49复合锂负极和Pt电极的界面阻抗，考虑到Pt电极是采用溅射的方式沉积到电解质上，因此其与电解质的界面阻抗很小，所以中频区的半圆主要贡献来自于电解质/负极界面.如图所示，AlLi49/LLZWO界面表现出较低的界面阻抗（约99.7Ω·cm2).Pt/LLZWO/AlLi49电池的循环伏安图中，0 V附近的两个峰分别对应着Li在界面上的溶出和沉积过程，除此之外没有其它明显可见的氧化还原峰，因此，LLZWO电解质材料对AlLi49复合锂负极在最高到9 V的电压内都是稳定的，之前有报道过Garnet型电解质与Li金属是稳定的[22-23]，与这个结果一致.因此，Garnet型固态电解质有着高的电化学稳定窗口，同时AlLi49复合锂负极与LLZWO固态电解质有很好的界面相容性.2.2 AlLi49复合锂负极对电解质界面的改善

为直观地展示两种材料（Li金属和AlLi49复合锂负极）对Garnet电解质的界面“润湿”特性，作者对比了两种界面的接触状态.图4(A)、(B)展示了熔融的Li金属和AlLi49复合锂负极与LLZWO电解质片的接触状态.可以看出纯Li金属与LLZWO的固-液接触角大于90o，是不润湿的，因为Garnet型电解质是一种疏锂材料[24]，这是导致Li金属负极与电解质片接触差和界面阻抗高的主要原因.相比之下AlLi49复合锂负极与LLZWO电解质片的接触角远小于90o，表现出了良好的“亲和”特性，表明AlLi49复合锂负极对Garnet型电解质具有良好的润湿性.图4的(C)、(D)对比了LLZ-WO/Li、LLZWO/AlLi49界面的SEM图像.从图中可以清晰地看到，Li金属与LLZWO的界面接触状态是不连续的，存在很多空隙，难以形成紧密良好的界面接触，这些是造成Li/LLZWO界面阻抗较高的主要原因.相比较而言，Al Li49复合锂负极与LLZWO形成了连续均匀的紧密界面接触，界面没有明显的间隙存在.以上结果表明，相比于金属锂，AlLi49复合锂负极与LLZWO能够形成良好的界面接触，显著改善了界面润湿状态.2.3 AlLi49复合锂负极/LLZWO界面的电化学性能

【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学储能基本问题综述[J]. 李泓,吕迎春.  电化学. 2015(05)



本文编号：3069638