水溶液法原位构建ZnO亲锂层稳定锂-石榴石电解质界面

蔡明俐，姚柳，靳俊，温兆银,＊

1中国科学院上海硅酸盐研究所，能量转换材料重点实验室，上海 200050

2中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049

1 引言

全固态锂金属电池被认为是有前景的下一代电池体系。固态电解质取代可燃有机电解液可确保电池的高安全性，且固体电解质机械性能较强，有利于抑制枝晶生长，可匹配超高容量的金属锂(Li)负极，提升电池的能量密度1-4。在众多固体电解质中，石榴石电解质(LLZO)由于其较高的离子电导率以及与对锂的化学稳定与热稳定性，在固态电池中具有良好的应用前景5-9。然而，LLZO电解质对水分及空气敏感，其表面覆盖LiOH、Li2CO3等疏锂杂质，导致LLZO与锂的润湿性较差10-13。电解质与金属锂之间较差的接触会导致高的界面电阻与界面处不均匀的锂离子(Li+)流，进一步导致枝晶渗透，最终引发电池短路失效。

最近研究证明，LLZO是本征亲锂的，因而表面的杂质是影响其亲锂性的关键14,15。目前比较有效的研究大致可归纳为两大类：去除杂质层清洁表面，或忽略少许杂质直接引入亲锂层。高温碳热还原或酸还原处理能够有效地去除绝缘杂质层16-18。电子束热蒸发(EBE)或原子层沉积(ALD)等方法能够在电解质表面沉积亲锂材料(如Si、Mg、Al2O3等)，与锂反应形成合金中间层19-21。然而，这些改性策略要求相对严格，对于实际应用仍然存在局限性，如去除杂质层所需的高温或腐蚀性环境和沉积亲锂层所需的昂贵设备等。

本文我们提出了一种简便有效的金属盐类水溶液诱发策略，在电解质表层原位沉积了亲锂材料，有效改善了负极界面接触，实现了良好的电化学性能。……