全固态锂金属电池（SSLMBs）采用石榴石型 Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12（LLZTO）电解质，为提升能量密度提供了可行路径。然而，界面阻抗与灾难性锂枝晶刺穿问题长期制约其发展；现有界面工程策略往往难以从根本上改变锂倾向于三维无序枝晶生长的热力学趋势，严重限制了临界电流密度。因此，开发能够重构锂沉积动力学、抑制枝晶的高性能中间层具有重要意义。基于此，本文，中科院上海硅酸盐所鹿燕 研究员、温兆银团队，浙江工业大学陶新永教授费等在《SusMat》期刊发表名为”Silver-Decorated Graphene Mediates ‘Lithiene’ Structured Interlayers for Ultrafast Lithium Transport in Solid-State Batteries”的论文，研究提出了一种由化学键合锚定于垂直排列还原氧化石墨烯（rGO）纳米片上的银纳米颗粒所实现的”Lithiene”结构中间层的机制驱动设计策略。该中间层将亲锂 Ag 位点与导电 rGO 框架耦合，从根本上重构了锂沉积动力学。
此外，亲锂 Ag 位点通过 Li–Ag 合金化降低锂成核势垒，而导电 rGO 框架作为二维模板在层间限域锂生长，二者协同将体相锂转化为二维”类 Lithiene（类石墨锂）”形貌。经原位场发射扫描电镜（FESEM）、原位 X 射线光电子能谱（XPS）以及——首次用于电池研究——原位可调能硬 X 射线光电子能谱（HAXPES）表征，揭示出”外延 Li–Ag 合金化 → 锂插层 → 沿 rGO 基面平面生长”的时序沉积机制；改性电池在 25°C 下实现 4 C（3.0 mA cm⁻²）、60°C 下实现 7 C（4.7 mA cm⁻²） 的倍率性能，循环 440 圈容量保持率 97%。同时，该材料展现出无枝晶、高倍率的沉积特征，使其适用于规模化高倍率全固态电池。本研究提出了一种调控锂结晶维度的物理化学框架，该策略显著增强了对无枝晶、高倍率全固态电池可扩展构建路径的认知，并为石榴石型电解质界面工程提供了新范式。
图1、Schematic illustration of the 2D “lithiene” structured interlayer featuring Ag nanoparticles anchored on vertically aligned rGO. The Ag sites lower the nucleation energy barrier via Li–Ag alloying, while the conductive rGO serves as a 2D template to confine planar lithium growth within the lamellar interspaces.
总而言之，通过Ag/rGO中间层实现了二维“锂烯样”沉积模式。该设计将热力学Li–Ag外延合金化与垂直排列的rGO纳米片所产生的动力学限制相结合，通过强制晶体横向生长，从根本上抑制了树枝晶的形成。通过原位场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线光电子能谱（XPS）和能量可调高能X射线光电子能谱（HAXPES）获得的机理分析证实，锂首先在Ag位点成核，随后发生锂插层，并沿rGO平面进行二维扩展。这种维度控制使石榴石基电池展现出卓越的电化学性能。因此，锂对称电池在0.5 mA cm−2的电流密度下可保持超过4000小时的稳定循环。此外，低负载量的 SSLMB 在 4 C（25°C）下可达到 146 mAh g⁻¹，在 7 C（60°C）下可达到 175 mAh g⁻¹，并在 1 C（25°C）下经过 440 次循环后仍保持 97% 的容量保持率。此外，高负载SSLMBs（17.3 mg cm⁻²）在0.5 mA cm⁻²下可维持180个循环。本研究为无树枝状晶体、高倍率的固态电池开辟了一条新路径。
文献：https://doi.org/10.1002/sus2.70098
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