表面张力（一种新表面张力改性方法）

　　表面张力（一种新表面张力改性方法）
　　全固态锂电池（ASSB）因其在安全性和能量密度方面的优势，有可能引发电动汽车的电池革命。各种可能的固体电解质的筛选表明，石榴石电解质由于其高的离子导电性和优异的（电）化学稳定性而具有很好的应用前景。然而，石榴石电解质的一个主要挑战是与锂金属阳极接触不良，导致极大的界面阻抗和严重的锂枝晶生长。
　　来自南京工业大学等单位的研究人员，提出了一种新颖的表面张力改性方法，通过在熔融Li中加入微量的Si3N4（1wt）来调节Li石榴石的表面张力，从而形成亲密的Li石榴石界面。LiSiN熔体不仅可以将Li石榴石界面由点对点接触转变为连续的面对面接触，而且可以使Li剥离沉积过程中的电场分布趋于均匀，从而显著降低其界面阻抗（25C时为1cm2），提高其循环稳定性（在0。4mAcm2时为1000h）和临界电流密度（1。8mAcm2）。具体地说，与LiFePO4阴极配对的全固态全电池在2C时提供了145mAhg1的高容量，在1C循环100次后保持了97的初始容量。
　　论文链接：
　　https：doi。org10。1002adfm。202101556
　　综上所述，本文首次提出了用微量纳米Si3N4（1wt）调节熔融Li的表面张力来修饰Li石榴石界面的实验。从LiSiN系相图出发，结合XRD和XPS分析，发现当加热1wtSi3N4和Li金属的混合物时，Li3N、LiSi2N3和LixSi颗粒的形成是一致的，生成的复合材料称为LiSiN熔体。LiSiN熔体通过两种方式极大地改善了与石榴石的界面接触：
　　1）降低了熔融Li的表面张力，使其易于扩散到石榴石颗粒上，实现了良好的物理接触；
　　2）降低了Li石榴石的界面形成能，使其具有良好的化学接触。用1wtSi3N4降低表面张力起主导作用。
　　如预期的那样，原始Li熔体和LiSiN熔体在LLZTO芯块上的接触角分别约为120和30。SEM图像显示，在熔融Li中引入1wtSi3N4使LiLLZTO界面从点对点接触转变为亲密的面对面接触，使得Li电镀剥离过程中的电流分布均匀。密度泛函理论计算表明，熔体Li中的Li3N和LiSi2N3同时降低了LiLLZTO的界面形成能。结果表明，改性后的固态LiLLZTO界面在25C下的界面阻抗为1cm2，CCD值为1。8mAcm2。在0。4mAcm2下连续充放电1000h后，没有观察到枝晶Li渗入电解层。（文：SSC）
　　图1。示意图显示了a）纯Li熔体和b）LiSiN熔体的制备及其与石榴石颗粒的界面接触行为。
　　图2。LiSiN复合材料的特性分析。
　　图3。界面形成能的密度泛函计算
　　图4。a）室温下LiLLZTOLi和LiSiNLLZTOLiSiN电池的交流阻抗谱比较。
　　图5。a，b）全固态LiSiNLLZTOPEOLiFePO4电池的制备和组装示意图。