电极-电解液界面集成设计:面向高性能薄膜全固态锂金属电池( Ensemble Design of Electrode–Electrolyte Interfaces: Toward High-Performance Thin-Film All-Solid-State Li–Metal Batteries )

CF Xiao JH Kim SH Cho CP Yun HS Kim

随着第四次工业革命(4IR)的到来，薄膜全固态电池（TF-ASSBs）作为小型电子设备最有希望的能源被重新崛起。然而，目前的TF-ASSB仍然苦于对高性能电池组件的永久需求。尽管TF固体电解质（即氧氮磷锂（LiPON））和电极（阴极和锂金属阳极）的每一个组成部分都被认为是至关重要的，但缺乏对阴极（或阳极）-电解质界面(CEI)（或AEI）的了解和改善能力阻碍了TF-ASSB的发展。在本工作中,我们提出了一种TF-ASSBs的系综设计方法,它使用LiPON（500 nm）,一个具有氧空位的非晶TF-V2O5-x阴极（Ofacence）,一个厚度为1微米的薄蒸镀Li阳极（evp-Li）,以及在evp-Li和LiPON之间的人工超薄Al2O3层。非晶态TF-V2O5-x中O(II)空位和O(III)空位的定义不仅允许Li+在CEI处的各向同性扩散，而且提高了离子电导率和电子电导率。对于AEI，我们使用了保护Al2O3，该保护Al2O3是用面向靶溅射(FTS)的方法专门溅射的，以形成不受等离子体损伤的均匀层。在不同温度(40、60和80°C)下,对1 nm纳米Al2O3层与evp-Li的接触、界面稳定性、电化学阻抗和电池性能进行了优化。含Al2O3(1 nm）的TF-ASSB电池,在60°C和2 C条件下,400次循环的比容量为474.01mAh·cm-3,即使在100 C条件下,电池仍具有较长的寿命和超快速率性能；这些结果与使用液体电解质的TF锂离子电池的结果相当。我们利用飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）和分子动力学（MD）模拟方法，对AEI的反应机理进行了验证。我们的设计为未来研究TF-LIBS的合理结构提供了一个路标。

SciDown文献求助系统（解决99%问题） Public Download ResearchGate