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Excellent Li/Garnet Interface Wettability Achieved by Porous Hard Carbon Layer for Solid State Li Metal Battery

材料科学 电解质 润湿 化学工程 碳纤维 电池(电) 金属 碳化 多孔性 电化学 金属锂 接触电阻 复合材料 图层(电子) 电极 冶金 复合数 工程类 物理化学 物理 功率(物理) 化学 量子力学 扫描电子显微镜
作者
Linhui Chen,Jian Zhang,Rong‐Ao Tong,Jingxi Zhang,Hailong Wang,Gang Shao,Chang‐An Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (8) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/smll.202106142
摘要

Garnet-type Li6.4 La3 Zr1.4 Ta0.6 O12 (LLZTO) electrolyte is considered as a promising solid electrolyte because of its relatively high ionic conductivity and excellent electrochemical stability. The surface contamination layer and poor Li/LLZTO interface contact cause large interfacial resistance and quick Li dendrite growth. In this paper, a porous hard carbon layer is introduced by the carbonization of a mixed layer of phenolic resin and polyvinyl butyral on the LLZTO surface to improve Li/garnet interfacial wettability. The multi-level pore structure of the hard carbon interlayer provides capillary force and large specific surface area, which, together with the chemical activity of the carbon material with Li, promote the molten Li infiltration with garnet electrolyte. The Li/LLZTO interface delivers a low interfacial resistance of 4.7 Ω∙cm2 at 40 °C and a higher critical current density, which can achieve stable Li+ conduction for over 800 h under current densities of 0.1 and 0.2 mA∙cm-2 . The solid-state battery coupled with Li and LiFePO4 exhibits excellent rate and cycling performance, demonstrating the application feasibility of the hard carbon interlayer for a solid state Li metal battery.
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