近日，我校物质学院刘巍课题组报道了一种基于石榴石氧化物固体电解质的具有低负/正电极容量比（negative/positive electrode capacity ratio: N/P比）的全固态锂金属电池（ASSLMB） 。在相同的低N/P比下，与使用液体电解液的液态锂金属电池（LSLMB）相比，ASSLMBs显示出更长的循环寿命，这主要归因于固体电解质对锂金属具有更高的稳定性，因此循环过程中可以保持更高的库仑效率。此外，揭示了通过使用高电压的正极材料或提高正极负载量，可以进一步提高低N/P比的ASSLMBs的能量密度。该成果于11月25日以题为 All-Solid-State Batteries with a Limited Lithium Metal Anode at Room Temperature using a Garnet-Based Electrolyte 发表在期刊Advanced Materials上。
随着对电动汽车和智能电网等大型储能系统需求的不断增长，传统的锂离子电池已无法满足高能量密度和循环稳定性的要求。金属锂（Li）具有超高的理论比容量（3860 mAh g-1）、最低的氧化还原电势（-3.040 V相对于标准氢电极）和低的密度（0.534 g cm-3）。因此，锂金属负极是下一代高能锂基电池，特别是Li–S和Li–air电池系统的最有希望的候选者。但是，在实验室中通常使用厚度为数百微米的过量的锂箔来配对正极（<3 mAh cm-2），这意味着大量的过量锂金属将不会被利用到，从而导致锂金属负极的实际比容量，能量密度和成本效益的大幅下降。
对于液态体系，高反应性的锂金属负极在循环过程中会不断与液体电解液发生反应，固体电解质界面膜（SEI）不断的生长和破裂会导致锂金属的快速消耗。为了保证液体电池的稳定循环，实验室中通常使用厚/无限制的锂金属，这不能反映实际LMB的运行条件。对于固态体系，通过使用对Li金属负极稳定的固体电解质，可以在LMB中实现有限量的金属Li（厚度<30 μm）以用于实际应用。得益于固态电解质比液体电解液对锂金属更高的稳定性，在循环过程中更高的库伦效率得以保持。因此，在相同低N/P比的苛刻条件下，全固态锂金属电池表现出更为优异的循环性能。
刘巍课题组2020级博士研究生陈邵杰为该论文的第一作者，刘巍教授为通讯作者，上科大为唯一完成单位。以上研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和上科大电镜中心的大力支持。
图 使用液体电解液和固体电解质的锂金属电池的比较
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002325
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