本文是关于一种新型的碳质材料表面改性策略,旨在提高全固态锂电池(ASSLMBs)中锂金属阳极的保护性能。文章详细介绍了通过在碳材料表面原位形成基于铌(Nb)的锂富集无序岩盐(DRS)壳层,来实现对锂金属阳极的有效保护。以下是文章的主要发现和结论:

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  1. 问题陈述:在全固态锂电池中,锂金属阳极的保护是一个核心挑战,因为锂金属具有高反应性和易形成枝晶的特性,这会导致安全隐患和电池性能下降。

  2. 策略提出:研究者提出了一种新策略,通过在碳材料上原位形成Nb基的DRS壳层,来改善碳材料的锂保护性能。这种壳层提供了一个有利于锂离子扩散的网络,加速了碳材料的锂化过程,并在深度锂化状态下同时提高了碳结构的锂亲和性和降低了电子导电性。

  3. 实验结果:使用不同的碳材料(如石墨碳纸和碳纳米管)进行改性,结果显示这些改性后的碳材料能够加速界面动力学,均匀化锂镀/脱镀过程,并抑制固体电解质(SE)的分解,从而在各种条件下显著提高了ASSLMBs的性能。

  4. 性能评估:通过电化学测试和结构分析,证明了Nb2O5改性的碳材料在锂化程度、锂亲和性和电子导电性方面的优势。特别是,Nb2O5改性的碳纸(CP)在完全锂化状态下展现出最高的锂亲和性和最低的电子导电性。

  5. 应用前景:这种策略有望为开发高能量密度、可靠的ASSLMBs开辟新的锂保护途径,并具有广泛的适用性,可以应用于多种碳质材料。

  6. 结论:文章强调了通过DRS壳层改性碳材料的方法在提高ASSLMBs性能方面的潜力,并指出这种方法可以推广到其他碳质材料上,为未来的高性能ASSLMBs提供设计原则。