固态锂金属电池（SSLMBs）最大的两个目标是利用固态电解质（SSEs）抑制Li枝晶和实现高能量密度的Li负极。然而，由于Li枝晶生长导致短路，LMBs并没有达到预期的性能。事实上，Li树突在SSE中比在液体电解质中更容易生长，但其原因尚不清楚。

近日，燕山大学Liqiang Zhang，唐永福教授，湘潭大学黄建宇报道了构建了一个纳米级的SSLMB，可以直接显示Li枝晶生长过程，为通过SSE的锂穿透机制提供了直接证据。

文章要点

1）为了可视化Li在Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂（LLZTO）的渗透情况，研究人员将厚度约为500 nm的LLZTO薄片切割并粘在半个Cu栅格或原子力显微镜悬臂尖端上，其更宽的表面（8.5或3.7 μm）平行于电子束，以观察Li枝晶的穿透。将Cu/LLZTO/Li或AFM(Si)/LLZTO/Li纳米SSLMB组件插入装有纳米操控器的特殊TEM样品固定器的一端。在充满氩气的手套箱中尖锐的钨尖端刮擦的Li被固定到纳米机械手并用作负极。

2）研究人员获得了大的电化学机械应力在SSE中产生裂纹并直接驱动Li穿过SSE的直接证据。此外，在每个放电循环中都出现了新的Li成核位，在随后的充电循环中产生了新的“死”Li，成为SSLMBs中主要的库仑效率衰减机制。

这些结果表明，设计缺陷尺寸和降低SSEs中的电子电导率是提高SSLMBs性能的关键。

参考文献

Haiming Sun, et al, In SituVisualization of Lithium Penetration through Solid Electrolyte and Dead Lithium Dynamics in Solid-State Lithium Metal Batteries, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c04864

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04864