高能可充电锂离子电池，尤其是固态锂金属电池，除了追求低温运行外，越来越需要在高温下运行。然而，在锂负极和固态电解质(SSE)之间的界面上，臭名昭著的化学和电化学反应使这些电池在高温下几乎失去了所有的容量和功率。在这里，报道了一种通过构建稳定的高离子导电熔盐界面（MSI）在高温下运行的安全且长循环寿命的固态Li-CO2电池。MSI可有
高能可充电锂离子电池，尤其是固态锂金属电池，除了追求低温运行外，越来越需要在高温下运行。然而，在锂负极和固态电解质 (SSE) 之间的界面上，臭名昭著的化学和电化学反应使这些电池在高温下几乎失去了所有的容量和功率。在这里，报道了一种通过构建稳定的高离子导电熔盐界面（MSI）在高温下运行的安全且长循环寿命的固态Li-CO2电池。MSI可有效改善界面接触，抑制Li-阳极与Li 1.5 Al 0.5之间的界面反应和热失控，从而为高温对称电池提供超低界面阻抗 (≈15 Ω) 和放电/充电过电位 (≈15 mV)。此外，MSI 涂层的 LAGP 电解质显示出超平坦和连续的表面，可在循环期间实现均匀的锂脱扣/电镀。因此，Li 对称电池在 150 °C和 0.1 mA cm -2 条件下，在 600 小时内表现出优异的循环稳定性。使用Ru催化剂组装的固态Li-CO 2电池在150°C下980次循环后表现出出色的循环稳定性，在500 mA g-1时容量限制为500 mAhg-1。
图文简介
固态锂金属电池在高温下的应用场景和挑战。A) 加速副反应和热失控是固态锂金属电池在高温下面临的主要挑战。B) 熔盐 (MS) 和 LAGP 电解质的性能比较。C) 我们的固态 Li-CO 2的硬币和软包电池制造带 MSI 层的电池。由于化学稳定性、良好的物理接触和高离子导电 MSI 层，电池显示出均匀的锂剥离/电镀循环。D-F）示意图展示了初始 LAGP 和具有 MSI 层的 LAGP 在锂剥离/电镀循环期间的形态变化。D）在室温（RT）下不均匀的锂剥离/电镀，用于锂阳极和 LAGP 电解质之间的直接接触，其中在初始突起 LAGP 和锂阳极之间证明了点接触。突起 LAGP 和 Li 之间点接触的示意图电流线分布，以及界面处不均匀的 Li 剥离导致的孔形成导致固态电池中锂枝晶的生长。E）不均匀的锂剥离/电镀和高温下加剧的界面反应，用于锂阳极和LAGP电解质之间的直接接触。F) 锂阳极和 MSI 修饰的 LAGP 之间接触的均匀锂剥离/镀覆，这可能是由于循环过程中锂阳极和 LAGP 电解质之间的均匀电流线分布引起的。
制备的 LAGP 颗粒和 MSI 改性 LAGP 颗粒的表征。A) 扫描电子显微镜 (SEM) 图像和初始 LAGP 颗粒的数码照片。B) 具有 MSI 改性夹层的 LAGP 颗粒的 SEM 图像和数码照片。C) 初始 LAGP 和 LAGP 与 MSI 的拉曼光谱。D) 具有金电极的 LAGP 电解质在不同温度下的 EIS。E）不同温度下LAGP的离子电导率。F）Li-Li 对称电池的 EIS 变化，初始 LAGP 在 150 °C 下静置 0 到 30 小时。G）在 150 °C 循环之前，使用 LAGP 和 MSI 改性 LAGP 的对称 Li-Li 电池的 EIS。H) 对称电池的放大 EIS，MSI 修改的 LAGP 静置 0 小时和数十小时。I）循环后使用 LAGP 和 MSI 修改的 LAGP 的对称电池的 EIS。
对称电池的循环性能和界面表征。A) Li/LAGP/Li 对称电池在室温和 150 °C下的循环性能，电流密度为 0.1 mA cm -2 。B）Li/LAGP/Li和Li/MSI/LAGP/MSI/Li对称电池在150°C下电流密度为0.1 mA cm -2的循环性能。C）循环后没有MSI层的LAGP表面的SEM图像和XPS光谱。D) 具有MSI层的对称电池在150°C循环后LAGP表面上Ge 3d的XPS光谱。E）具有MSI层的对称电池在150°C循环后，在不同溅射时间下，锂电极表面N 1s的XPS光谱。
固态Li-CO 2电池的循环性能和放电产物的表征。A)在电极和 LAGP 电解质之间组装的具有 MSI 中间层的固态 Li-CO 2电池的示意图。空气阴极涂有 MS。B,C) 固态Li-CO 2电池的电化学性能，工作温度为90 至170 °C，容量限制为500 mAh g -1和500 mA g -1。D,E) 具有 MSI 层的 Li-CO 2电池在 150 °C 下的循环性能。F) 电池在 500 mA g -1下完全放电后的 SEM 和 TEM 图像. G) 电池在完全放电至 2.0 V 后的 XRD 光谱。H) 电池在 500 mA g –1下完全放电后的 C 1s、O 1s 和 Li 1s 的高分辨率 XPS 光谱。
具有MSI的固态Li-CO2电池在太阳辐射下在室温下运行的循环性能。A) 固态电池通过直接使用可持续能源（包括太阳能和工业废热）在 RT 运行。B,C) 具有MSI层的固态Li-CO2电池在太阳辐照下的电化学循环性能。
论文信息
论文题目：A High-Energy Long-Cycling Solid-State Lithium-Metal Battery Operating at High Temperatures
通讯作者：Hucheng Song，Jun Xu
通讯单位：南京大学
小编有话说：本文仅作科研人员学术交流，不作任何商业活动。由于小编才疏学浅，不科学之处欢迎批评。如有其他问题请随时联系小编。欢迎关注，点赞，转发，欢迎互设白名单。投稿、荐稿：polyenergy@163.com
收录于合集 #锂金属电池
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