通过控制界面异质性制备用于全固态电池的强化双峰型负极

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Toughened Bimodal Cathodes for All-Solid-State Batteries via Controlled Interfacial Heterogeneity

双模电极通过混合3μm和10μm NCA颗粒提升固态电池堆积密度和导电性，但大颗粒因界面异质性引发裂纹导致容量骤降。实验发现Li?ZrO?纳米层可有效缓解界面问题，抑制裂纹扩展，实现双模电极稳定循环。

　　

所有采用复合电极的全固态电池（ASSBs）都需要大量的重质固态电解质（SEs），这给提高其能量密度带来了挑战。为此，提出了一种双模态正极设计，通过结合不同粒径的正极活性材料来提高正极层的堆积密度。本研究揭示了由界面不均匀性引发的双模态正极断裂失效机制，并讨论了实现高性能、长循环寿命ASSBs的基本要求。使用两种正极配置评估了多晶LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂（NCA）|Li₆PS₅Cl（LPSCl）|Li–In全电池的循环性能：一种是仅由3 μm多晶NCA组成的单模态正极（U-NCA），另一种是由3 μm和10 μm NCA颗粒混合组成的双模态正极（B-NCA）。尽管B-NCA具有更好的堆积密度和电子导电性，但在外部压力下其容量衰减较快。综合阻抗分析和微观结构表征与力学模拟表明，B-NCA的加速降解源于较大NCA颗粒的裂纹：NCA/LPSCl界面处的反应不均匀性会导致NCA晶界损伤，而在较大颗粒中这种损伤更为严重。引入Li₂ZrO₃纳米层可以有效缓解界面不均匀性，从而防止NCA颗粒的机械失效，使B-NCA具有稳定的循环性能。本研究深入了解了高能量密度硫化物基ASSBs中双模态正极的降解特性，并阐明了其设计的关键因素。