青岛大学郭向欣AFM：熔盐转换获得亲锂和空气稳定的石榴石固态电解质

石榴石型电解质由于其高离子传导性和宽广的电化学窗口，在固态锂电池的应用中显示出巨大的潜力。然而，由于空气暴露而形成的表面Li₂CO₃引发了与锂金属的不均匀接触，导致了不良的枝晶生长和性能恶化。

青岛大学郭向欣等通过表面Li₂CO₃和熔融NH₄H₂PO₄盐之间的无副作用转换反应，在石榴石型Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂（LLZTO）表面原地生成亲锂Li₃PO₄(LPO)层。

图1. 熔盐处理的亲锂和空气稳定的石榴石表面的设计

这样形成的LPO表面层通过阻挡空气中H₂O/CO₂的侵蚀，阻止了LLZTO表面的碳酸盐污染物再生超过20天。密度函数理论（DFT）计算进一步显示，LPO /Li的粘附功（Wad）比Li₂CO₃/Li高得多，这表明界面结合和稳定性大大改善。

此外，LPO层可以通过与熔融的锂金属反应，部分转化为离子导电但电子绝缘的Li₃P和Li₂O的界面层。与Li₂CO₃的疏水性不同，这种类似于磷酸锂氧化物（LiPON）的固体电解质界面相（SEI）增强了界面兼容性，导致Li/LLZTO的无缝接触，从而使界面电阻大幅下降至13 Ω cm²。

图2. 界面研究

此外，这种离子增强和电子绝缘的SEI使Li⁺通量平稳，促进了Li在Li/LLZTO界面上的均匀沉积/剥离，从而提高了锂对称电池在高临界电流密度下的循环稳定性（30℃时为1.2 mA cm^-2）。

另外，基于改性LLZTO电解质的固态钴酸锂电池表现出显著的电化学性能，在0.1C时放电容量为130 mAh g^-1，在30℃时稳定循环超过150次，容量保持率超过81%。因此，所提出的熔盐处理方法对于实现空气稳定和界面兼容的石榴石电解质是有希望的。

图3. LCO/Li全电池的性能

Molten Salt Driven Conversion Reaction Enabling Lithiophilic and Air-Stable Garnet Surface for Solid-State Lithium Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202208751

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