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通过扫描电镜图片能够看到在反应,在与LP30反应2h后,由于LP30浸入到LLZTO之中,引起了固态电解质形貌的变化,在反应30h后,LLZTO表面则生成了一层平均厚度在350nm的表面层,在反应100h后界面层的平均厚度则达到了420nm。
作者采用XPS工具对LP30电解液与LLZTO固态电解质的分解产物进行了研究,F1s测试结果表明LLZTO表面层存在LiF、LiPF6和PFy,而O1s和C1s则表明表面层中还存在Li2O、CO32-和Li-O-C。
为了分析界面阻抗变化对于电池循环性能的影响,作者采用了4电极体系对电解质在循环过程中的极化行为进行了研究,电流密度为0.1mA/cm2,在循环的初期极化从0.12V增加到了0.19V,意味着界面阻抗增加了700Ω cm2,由于在四电极体系中固态电解质LLZTO有两个界面,因此每个界面增加的阻抗值为350Ω cm2。
在实际使用中,界面阻抗主要来自两部分:一部分是金属锂/固态电解质界面,另一部分为固态电解质/液态电解质部分。因此一个10um后的LLZTO固态电解质层阻抗为1.2Ω cm2左右,而根据之前的研究金属锂/固态电解质界面阻抗可以降低到2Ω cm2左右,但是在该研究中发现LLZTO/LP30界面阻抗却高达580Ω cm2,这会使得电池在5mA/cm2的电流密度下产生3V左右的电压降,在实际应用中这是难以接受的。
Jingyuan Liu的研究表明石榴石结构的LLZTO固态电解质虽然与金属锂之间稳定性较好,但是在与LP30电解液在接触时却会导致电解液分解,在LLZTO表面产生LiF、Li2O、Li2CO3,以及一些有机化合物,导致界面阻抗大幅增加,引起电池极化显著增加,因此在固/液混合体系锂电池开发的过程中,需要格外关注固态电解质/液态电解质的界面稳定性问题。
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