Reducing Interfacial Resistance between Garnet‐Structured Solid‐State Electrolyte and Li‐Metal Anode by a Germanium Layer

材料科学 电解质 阳极 锗 润湿 金属 阴极 金属锂 图层(电子) 复合材料 冶金 电极 硅 物理化学 化学
作者
Wei Luo,Yunhui Gong,Yizhou Zhu,Yiju Li,Yonggang Yao,Ying Zhang,Kun Fu,Glenn Pastel,Chuan‐Fu Lin,Yifei Mo,Eric D. Wachsman,Liangbing Hu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:29 (22) 被引量:643
标识
DOI:10.1002/adma.201606042
摘要

Substantial efforts are underway to develop all-solid-state Li batteries (SSLiBs) toward high safety, high power density, and high energy density. Garnet-structured solid-state electrolyte exhibits great promise for SSLiBs owing to its high Li-ion conductivity, wide potential window, and sufficient thermal/chemical stability. A major challenge of garnet is that the contact between the garnet and the Li-metal anodes is poor due to the rigidity of the garnet, which leads to limited active sites and large interfacial resistance. This study proposes a new methodology for reducing the garnet/Li-metal interfacial resistance by depositing a thin germanium (Ge) (20 nm) layer on garnet. By applying this approach, the garnet/Li-metal interfacial resistance decreases from ≈900 to ≈115 Ω cm2 due to an alloying reaction between the Li metal and the Ge. In agreement with experiments, first-principles calculation confirms the good stability and improved wetting at the interface between the lithiated Ge layer and garnet. In this way, this unique Ge modification technique enables a stable cycling performance of a full cell of lithium metal, garnet electrolyte, and LiFePO4 cathode at room temperature.
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