AEM: 固体电解质中离子-电子混合导电层中的锂枝晶偏转

摘要：使用石榴石固体电解质（如 LLZTO（Li6.4La3Zr1.5Ta0.5O12））的固态锂金属电池有望大幅提高能量密度和安全性。然而，锂枝晶在高电流密度下的渗透阻碍了其实际应用。最近的研究表明，内部电化学诱导的机械应力足以使锂枝晶扩展，进而使固体电解质断裂。

使用石榴石固体电解质（如 LLZTO（Li6.4La3Zr1.5Ta0.5O12））的固态锂金属电池有望大幅提高能量密度和安全性。然而，锂枝晶在高电流密度下的渗透阻碍了其实际应用。最近的研究表明，内部电化学诱导的机械应力足以使锂枝晶扩展，进而使固体电解质断裂。本研究以这一认识为基础，证明应力驱动的树枝状突起传播可通过弱结合内部界面的偏转来控制。这种方法以多层复合材料的断裂力学分析为基础，通过嵌入LLZTO的各种层间材料进行研究。枝晶偏转的可行性和有效性在还原氧化石墨烯中表现得最为明显，临界电流密度从0.6 mA cm-2增加到3.8 mA cm-2。在这种材料中，与LLZTO的弱界面以及夹层的离子-电子混合导电性质似乎都有助于提高性能。通过有限元建模，我们还对多层电解质的力学原理有了更深入的了解。总体结果提供了一个很有前景的概念验证演示，以及重要的通用设计指南，用于创建可实现高性能固态电池的多层固体电解质结构。

图文简介