A High‐Performance Garnet‐Based All‐Solid‐State Battery Fabricated Through Room‐Temperature Ultrasonic Welding

材料科学 超声波焊接 超声波传感器 焊接 固态 电池(电) 复合材料 光电子学 冶金 声学 工程物理 工程类 功率(物理) 热力学 物理
作者
Tianlu Pang,Shu–Fen Wu,Han Wu,Xiaobao Li,Yande Li,Lina Yu,Hui Zhang,Yong Han,Zhi Guo,Nian Zhang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202504388
摘要

Garnet-type Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12 (LLZO) has emerged as a highly promising solid electrolyte for next-generation Li metal batteries due to its high Li+ conductivity and stability against metallic lithium. However, its practical application is hindered by poor interfacial contact between Li and LLZO, as well as the persistent issue of lithium dendrite formation during cycling. In this study, a novel and efficient strategy is proposed to address these challenges by employing a room-temperature ultrasonic treatment combined with a LiMg alloy anode. The fabricated symmetrical UW-LiMg/LLZO/UW-LiMg cell exhibits a low interfacial resistance and achieves an unprecedented critical current density of 4.45 mA cm-2. Furthermore, these cells demonstrate excellent cycling stability, maintaining stable lithium plating/stripping for over 1000 h at a high current density of 1 mA cm- 2 with a low overpotential of ≈30 mV. The superior performance is attributed to the enhanced anode ductility achieved through Mg alloying and the formation of an ultra-stable interface layer. The all-solid-state UW-LiMg/LLZO/LiFePO4 battery, incorporating an ultrasonically treated alloy anode and a fluorinated cathode interface, delivers a specific capacity of 153 mAh g-1 at 0.5 C and retains an impressive capacity retention of 90% after 200 cycles at room temperature.
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