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 润湿 金属 阴极 金属锂 图层(电子) 复合材料 冶金 电极 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:634
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 cm 2 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 LiFePO 4 cathode at room temperature.
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