本文通過在鋰負極中熔入少量鋁制備了一種含Al-Li合金（Al₄Li₉）的新型復合鋰負極,可有效改善Garnet/金屬鋰界面潤濕性,從而顯著降低了界面阻抗. XRD研究結(jié)果表明這一復合鋰負極由Al₄Li₉合金和金屬鋰兩相復合而成. SEM研究表明,復合鋰負極可以有效改善金屬鋰與Garnet電解質(zhì)的界面接觸,形成更為緊密的接觸界面.電化學測試表明,復合鋰負極顯著降低了金屬鋰與Garnet電解質(zhì)的界面阻抗,界面阻抗由鋰/Garnet電解質(zhì)界面的740.6Ω·cm²降低到復合鋰負極/Garnet電解質(zhì)界面的75.0Ω·cm².使用復合鋰負極制備的對稱電池在50μA·cm^-2和100μA·cm^-2電流密度鋰沉積-溶出過程中表現(xiàn)出較低的極化和良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在50μA·cm^-2電流密度下,可以穩(wěn)定循環(huán)超過400小時. 

【文章來源】：電化學. 2020,26(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

Al-Li合金的相圖[21]

為了確定復合鋰負極與電解質(zhì)的穩(wěn)定性，作者組裝了Pt/LLZWO/AlLi49半阻塞電池.圖3是測試的交流阻抗譜和循環(huán)伏安圖.在阻抗譜中，其交流阻抗譜高頻與橫軸的截距歸屬于LLZWO電解質(zhì)片的阻抗，中頻處的半圓為電解質(zhì)片與AlLi49復合鋰負極和Pt電極的界面阻抗，考慮到Pt電極是采用濺射的方式沉積到電解質(zhì)上，因此其與電解質(zhì)的界面阻抗很小，所以中頻區(qū)的半圓主要貢獻來自于電解質(zhì)/負極界面.如圖所示，AlLi49/LLZWO界面表現(xiàn)出較低的界面阻抗（約99.7Ω·cm2).Pt/LLZWO/AlLi49電池的循環(huán)伏安圖中，0 V附近的兩個峰分別對應著Li在界面上的溶出和沉積過程，除此之外沒有其它明顯可見的氧化還原峰，因此，LLZWO電解質(zhì)材料對AlLi49復合鋰負極在最高到9 V的電壓內(nèi)都是穩(wěn)定的，之前有報道過Garnet型電解質(zhì)與Li金屬是穩(wěn)定的[22-23]，與這個結(jié)果一致.因此，Garnet型固態(tài)電解質(zhì)有著高的電化學穩(wěn)定窗口，同時AlLi49復合鋰負極與LLZWO固態(tài)電解質(zhì)有很好的界面相容性.2.2 AlLi49復合鋰負極對電解質(zhì)界面的改善

為直觀地展示兩種材料（Li金屬和AlLi49復合鋰負極）對Garnet電解質(zhì)的界面“潤濕”特性，作者對比了兩種界面的接觸狀態(tài).圖4(A)、(B)展示了熔融的Li金屬和AlLi49復合鋰負極與LLZWO電解質(zhì)片的接觸狀態(tài).可以看出純Li金屬與LLZWO的固-液接觸角大于90o，是不潤濕的，因為Garnet型電解質(zhì)是一種疏鋰材料[24]，這是導致Li金屬負極與電解質(zhì)片接觸差和界面阻抗高的主要原因.相比之下AlLi49復合鋰負極與LLZWO電解質(zhì)片的接觸角遠小于90o，表現(xiàn)出了良好的“親和”特性，表明AlLi49復合鋰負極對Garnet型電解質(zhì)具有良好的潤濕性.圖4的(C)、(D)對比了LLZ-WO/Li、LLZWO/AlLi49界面的SEM圖像.從圖中可以清晰地看到，Li金屬與LLZWO的界面接觸狀態(tài)是不連續(xù)的，存在很多空隙，難以形成緊密良好的界面接觸，這些是造成Li/LLZWO界面阻抗較高的主要原因.相比較而言，Al Li49復合鋰負極與LLZWO形成了連續(xù)均勻的緊密界面接觸，界面沒有明顯的間隙存在.以上結(jié)果表明，相比于金屬鋰，AlLi49復合鋰負極與LLZWO能夠形成良好的界面接觸，顯著改善了界面潤濕狀態(tài).2.3 AlLi49復合鋰負極/LLZWO界面的電化學性能

【參考文獻】：
期刊論文
[1]電化學儲能基本問題綜述[J]. 李泓,呂迎春.  電化學. 2015(05)



本文編號：3069638