中科院物理所吴凡团队: 软碳-Li3N界面层原位相变实现无枝晶全固态金属锂电池

主要观点总结

本文报道了一种软碳（SC）与氮化锂（Li3N）的复合界面保护层，用于全固态锂金属电池（ASSLMBs）。该界面层具有高锂离子扩散系数，能促进金属锂在界面层内部的均匀沉积，抑制锂枝晶的生长。通过一系列实验和相场模拟，证明了SC-Li3N界面层在ASSLMBs中的优异性能。装配了SC-Li3N界面层的ASSLMBs具有高倍率、长循环寿命和高面积容量。这项研究为优化硫化物固态电解质与锂金属负极之间的界面提供了一种可行且可扩展的方法。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

全固态锂金属电池（ASSLMBs）因高能量密度和安全性能优势成为未来储能系统的主要研发方向之一。

关键观点2: 研究内容

通过软碳（SC）与氮化锂（Li3N）的复合，发明了一种离子/电子混合导电界面保护层。该界面层具有高锂离子扩散系数，促进金属锂在界面层内部的均匀沉积，抑制锂枝晶的生长。

关键观点3: 界面层性能

SC-Li3N界面层具有高离子电导率和高扩散速率，形成快速的Li+传输通道。Li+在界面层内的Li3N颗粒周围获得电子，形成金属锂，有效防止锂枝晶的生长。

关键观点4: 实验结果

装配了SC-Li3N界面层的ASSLMBs表现出高倍率、长循环寿命和高面积容量。在15C和7.5 mA cm-2的高电流密度下循环3000次后，容量保持率超过80%。在3 mAh cm-2和1C下稳定循环350次，容量保持率达88.1%。实现了15 mAh cm-2的高面容量。

关键观点5: 相场模拟

通过相场模拟，揭示了Li3N的高扩散系数对锂沉积行为的影响。模拟结果显示，Li+在SC-Li3N界面层内的Li3N颗粒周围获得电子，形成金属锂，有效防止锂枝晶在负极和SEs之间的界面生长。

关键观点6: 结论

本研究为优化硫化物SSEs与锂金属负极之间的界面提供了一种可行且可扩展的方法。

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