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電解質中的鋰枝晶生長是石榴石型固態電解質基固態電池商業化的主要障礙之一。

韓國首爾大學Kisuk Kang等提出了一種多功能夾層，該夾層可以在相對較低的溫度下簡單且經濟地應用于固態電池系統，并且能夠克服界面和電子導電性的關鍵問題，從而在實用高電流密度下實現顯著改善的循環穩定性。

這里利用SnF₂和鋰金屬之間的化學轉化反應，通過簡單的一步金屬氟化物（SnF2）濕法涂層，即可產生由LiF和金屬鋰合金（Li?Sn）組成的多功能界面。

研究顯示，包含Li?Sn合金的共形LiF薄層可以有效地形成在固態電解質的表面，以增強與鋰金屬的粘附力，從而降低界面電阻，并防止高電流密度時的短路；而Li-Sn合金則可加速界面處鋰擴散的動力學，并抑制連續循環過程中空隙和孔隙的形成。

ACS Energy Letters：多功能界面實現高倍率、長壽命鋰金屬電池

圖1. SnF₂修飾界面的形態和化學表征

結果，受益于這種人工夾層，鋰對稱電池在25°C下具有2.4 mA cm^-2的超高臨界電流密度，并可以在0.5 mA cm-2 cm^-2和1.0 mA cm^-2下分別實現超過1000小時和300小時的出色循環穩定性。此外，基于LFP和LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正極的全固態電池進一步證實了這些特性，在1.0 mA cm^-2下可提供超過600次循環的穩健循環壽命，這是迄今為止報道的室溫下最高性能。

這種策略可廣泛適用于其他固態電解質，因為它具有簡便的低溫工藝。此外，它還可以進一步擴展到其他基于轉化的金屬氟化物，并有望加速石榴石型固態電解質在全固態電池中的實際應用。

ACS Energy Letters：多功能界面實現高倍率、長壽命鋰金屬電池

圖2. 固態鋰金屬全電池性能

Multifunctional Interface for High-Rate and Long-Durable Garnet-Type Solid Electrolyte in Lithium Metal Batteries. ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02332

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