Angew. Chem. ：微量氟化碳点驱动石榴石固态电池

全固态锂金属电池由于其高安全性和高能量密度引起了广泛关注，被认为是下一代可充电储能器件之一。在众多固态电解质中，石榴石型固态电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）离子电导率高、电化学性质稳定、电化学窗口宽，具有极大的发展前景。然而，由于LLZO和锂负极较差的润湿性以及两者界面处的电子隧穿效应，导致锂的不均匀沉积，最终会导致锂枝晶的形成，造成电池性能的严重劣化。

近日，中南大学的纪效波教授以Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂（LLZTO）为研究对象，通过Li和微量的氟化碳点（FCDs）反应生成C、Li₂O、LiF，合成了一种新型的Li-FCD复合物，能够极大改善石榴石型固态电池的电化学性能。

由于Li和FCDs反应生成的C、Li₂O、LiF和LLZTO与这三种物质和Li之间显著的界面能量差异，C、Li₂O、LiF自发在Li|LLZTO界面处富集。DFT理论计算证明，相比Li，C、Li₂O和LiF具有更高的粘附功和更小的接触角，有利于构建紧密的Li|LLZTO界面。其次，具有一定电子导电性的C有助于均匀电场分布，引导LLZTO|Li界面处的Li⁺均匀沉积。而LiF和Li₂O表现出低电子导电性和高界面能，有效阻碍电子传输和抑制锂枝晶的生长。另外，富集的LiF/Li₂O界面具有高离子导电性，显著降低了锂离子的迁移能垒，建立了快速的锂扩散通道。

最终，以Li-FCD和LLZTO制备的对称电池在室温下实现了较低的界面电阻（3.5 Ω cm^-2）和较高的临界电流密度（1.2 mA cm^-2），在0.5 mA cm^-2 的电流下能稳定循环800小时。以Li-FCD为负极，LLZTO和磷酸铁锂正极制备的全电池也表现出优异的循环性能和倍率性能。该工作揭示了一种构建无枝晶Li|LLZTO界面的新策略，为石榴石基固态电池的未来发展提供了新的见解。

论文信息

Trace Fluorinated Carbon Dots Driven Li-Garnet Solid-State Batteries

Fangjun Zhu, Laiqiang Xu, Xinyu Hu, Mushi Yang, Huaxin Liu, Chaolun Gan, Wentao Deng, Guoqiang Zou, Hongshuai Hou, Xiaobo Ji

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202410016