磁控溅射法制备致密LiCoO2微晶缓冲层，用于全固态电池

　　全固态电池是目前锂电研究的一个热点，全固态电池存在严重的界面问题，固体电解质/电极界面存在难以充分接触，导致内阻增大、电池循环性能变差。

 

　　Lixiong Bai等人在Electrochimica Acta上发表了题为《用磁控溅射法制备的全固态锂电池正极 - 电解质界面上的新型致密LiCoO2微晶缓冲层》（A novel dense LiCoO2 microcrystalline buffer layer on a cathode-electrolyte interface for all-solid-state lithium batteries prepared by the magnetron sputtering method）的文章。

 

　　在这篇文章中，作者通过使用磁控溅射方法在全固态电池中的正极材料和固体电解质之间设计了致密的LiCoO2微晶缓冲层（DMBL）。DMBL具有许多晶界，其可以强烈地增强界面离子传输效率并降低全固态电池中的界面活化能。采用扫描电镜和透射电子显微镜研究了LiCoO2微晶缓冲液的微观结构，并通过理论计算研究了能量势垒和离子迁移机理。通过测量比容量，循环性能和速率性能来对比具有不同厚度的微晶缓冲层的全固态电池。

 

　　磁控溅射法制备致密LiCoO2微晶缓冲层，用于全固态电池
 

 

　　图1.（a）抛光的LLZO（Li7（Al0.1）La3Zr2O12） 电解质的宏观图像；（b）（a）的横截面SEM图像；（c） - （d）是用LiCoO2改性的LLZO的TEM图像；（e）界面接触阻抗测试的示意图；（f）（e）的横截面SEM图像；（g） - （h）分别是阴极和电解质之间界面的SEM和映射图像。
 

 

　　磁控溅射法制备致密LiCoO2微晶缓冲层，用于全固态电池

 

　　图2.阻抗数据：（a）样品0-4的交流阻抗谱；（b）试样0-4的界面接触阻抗发生变化。
 

 

　　磁控溅射法制备致密LiCoO2微晶缓冲层，用于全固态电池
 

 

　　图3.界面结构的信息：（a-b）致密微晶改性层的TEM图像；（c）界面结构的微观图；（d）LiCoO2的溅射微晶结构；（e）离子界面传输模型；（f）图3（e）中界面I和II的界面离子迁移势垒计算。

 

　　磁控溅射法制备致密LiCoO2微晶缓冲层，用于全固态电池

 

　　图4.具有不同厚度缓冲层（1-4）的电池的电化学数据：（a）电池在0.1C和60℃下的循环性能；（b）具有试验2夹层的电池的放电 - 充电曲线；（c）80℃下试样的循环伏安图；（d）比较四个电池在60℃下的速率性能。

 

　　将致密的微晶缓冲层添加到正极 - 电解质界面上以改善全固态电池的电化学性能。改性层的引入降低了界面阻抗（1279Ω），从而实现了稳定的低电阻固 - 固离子传输界面。改性样品中的离子迁移势垒仅为0.097eV，仅为未改性样品中离子迁移势垒的1/5。随着改性层厚度增加到10nm，初始放电容量达到149.5mAh/g的高值，在0.1C和60℃下50次循环后循环容量保持在81.1％（121.2mAh/g）。尽管具有20nm改性层的电池显示出最低的初始放电容量（109.7mAh/g），但在50次循环后容量仍然保持在84.1％至92.3mAh/g。在未来的工作中将进一步探讨改性层厚度对全固态电池倍率性能影响的机制。