鋰金屬負極理論容量高、電極電勢低。與傳統鋰離子電池相比，鋰金屬電池的能量密度更高，正極材料的選擇更廣泛，既可以與傳統的含鋰聚陰離子框架和層狀氧化物材料匹配，也可以與新興的具有更高理論能量密度的無鋰氟化物材料配合。一般的鋰金屬電池以電解液為鋰離子傳輸的介質，主要成分是鋰鹽和有機溶劑，但由于液態介質副反應多和有機物的易燃性，這一類電池存在一定安全隱患。以固態電解質取代電解液作為鋰離子傳輸導體，可以提高電池的安全性和穩定性，并擴大鋰金屬電池應用的溫度范圍。其中陶瓷基石榴石型（Garnet-type）固態電解質是很好的選擇，近年來出現的摻雜鋰鑭鋯氧(Li₇La₃Zr₂O₁₂，LLZO)固(gu)(gu)態(tai)(tai)電(dian)解(jie)(jie)質具有室溫離(li)(li)(li)子電(dian)導率高(gao)、合成工(gong)藝(yi)簡單(dan)、電(dian)化(hua)(hua)學(xue)穩定(ding)窗(chuang)口寬、無氧化(hua)(hua)還原活性(xing)元素等優點，是陶瓷基固(gu)(gu)態(tai)(tai)電(dian)解(jie)(jie)質的(de)(de)主要候選。然(ran)而，LLZO固(gu)(gu)態(tai)(tai)電(dian)解(jie)(jie)質面(mian)臨(lin)著(zhu)空氣不(bu)穩定(ding)、表面(mian)易鈍化(hua)(hua)、與鋰金屬界(jie)(jie)面(mian)接觸差等問(wen)題(ti)(ti)，導致在電(dian)解(jie)(jie)質/鋰負(fu)極(ji)界(jie)(jie)面(mian)處的(de)(de)阻抗很大，阻礙(ai)了鋰離(li)(li)(li)子的(de)(de)界(jie)(jie)面(mian)傳輸，同時有限的(de)(de)界(jie)(jie)面(mian)接觸易引起鋰離(li)(li)(li)子的(de)(de)不(bu)均勻沉積，導致鋰枝晶的(de)(de)生長，影響電(dian)池的(de)(de)使(shi)用壽命。因此，LLZO固(gu)(gu)態(tai)(tai)電(dian)解(jie)(jie)質/鋰金屬負(fu)極(ji)界(jie)(jie)面(mian)的(de)(de)鈍化(hua)(hua)消除或(huo)親鋰改善(shan)是一個亟需解(jie)(jie)決(jue)的(de)(de)問(wen)題(ti)(ti)。 

該團隊提出“共晶合金（eutectic alloy）誘導固固對流”模式改性LLZO/Li界面的思路，實現了固固界面在電化學過程中的高度愈合，在此基礎上，成功驅動了轉換反應型三氟化鐵（FeF₃）正極在陶瓷基固態電池體系中的高可逆循環。鈉元素與鋰元素屬于同一主族，化學性質相似，并且金屬鈉質地較軟，易于操作，鋰-鈉共晶合金可以與LLZO形成良好的界面接觸。從鋰-鈉二元相圖可以看出，鋰和鈉幾乎可以以任意計量比形成共晶合金，因此無需特意調控鋰-鈉比例，較文獻報道的其他合金改性方法更加簡易靈活。由于鈉和鋰晶域的濃度梯度不同，兩者之間易發生固-固對流，可使電解質/負極界面始終保持較穩定的均質合金狀態，進而保持緊致的合金-陶瓷界面接觸。共晶合金改性后的對稱電池可以穩定循環3500小時以上，界面電阻和過電勢在60℃時只有18.98 Ω·cm² 和10.8 mV。優異的界面耐久性促進了Li-Na/LLZO/FeF₃固態電池的成功運行，其表現出良好的循環和倍率性能，在60℃下的100、150、200、300、400和500 μA·cm^-2的電流密度下分別能釋放出507.3、422.0、383.4、350.6、297.6和275.1 mAh·g^-1的容量，在500 μA·cm^-2的容量依然超過傳統LiFePO₄的理論容量（175 mAh·g^-1），展現出轉換型FeF₃正(zheng)極(ji)材料(liao)的優勢，也(ye)為(wei)陶瓷基鋰氟轉換固態電池(chi)的未來(lai)應用提供(gong)了可能。相關(guan)成果(guo)發表于ACS Energy Letters。 

該團隊提出“燭焰（candle soot）燒烤陶瓷”模式改性LLZO/Li界面的策略，顯著剪薄了陶瓷表面的鈍化層，實現了“轉換型”鋰氟化物固態電池的超長可逆循環。LLZO在與空氣接觸后，易與空氣中的水和二氧化碳反應，在表面形成包含LiOH和Li₂CO₃的鈍化層，這一鈍化層嚴重影響了Li與LLZO的接觸，阻斷了界面處的鋰離子傳輸通道，導致電池的界面阻抗過大，電池性能嚴重受限。因此，鈍化層的去除是目前LLZO/Li界面改性研究的重要方向之一。在此背景下，該團隊提出一種簡易的蠟燭火焰氣相沉積手段，在蠟燭燃燒產生的高溫環境下，LLZO表面的Li₂CO₃鈍化層可以被表面沉積的蠟燭煤煙還原，具有多晶石墨化結構的煤煙炭黑層在鋰化后可生成LiC₆晶域，具有離子/電子混合導電性，有利于鋰離子流在界面中間層的高通量傳輸。這種界面改性后的Li/CS-LLZO/FeF₃固態電池表現出優異的長循環和倍率性能，其初始可逆容量可達500 mAh·g^-1，循環壽命長達至少1500圈，在200 μA·cm^-2電流密度下循環700圈后的可逆容量依然維持在201.0 mAh·g^-1。陶瓷基固態Li-FeF₃電池的循環性能甚至可超過文獻報道的液態Li-FeF₃體(ti)系。相關成果發表(biao)于(yu)ACS Applied Materials & Interfaces。 

 Li-Na/LLZO/FeF₃固態電池構架，共晶合金固-固對流示意圖，Li-Na/LLZO/FeF₃電池的倍率(lv)和循環性(xing)能 

燭焰氣相沉積陶瓷表面示意圖，Li/CS-LLZO/FeF₃固(gu)態電池的長循環(huan)性能(neng)