无机固态电解质中锂离子传递的能垒

llzo固态电解质立方相结构LLZO固态电解质，哎哟，这个名字一听就让人觉得像是来自未来的科技产品，甚至有点高深莫测。

其实啊，LLZO固态电解质说起来并不复杂，它就是一种用来做电池的固态材料，尤其是在固态电池的研发中可是“高光时刻”。

你想，电池能不能好用，电解质起着关键的作用。

简单来说，电解质就是电池内部传递电荷的“邮差”，这“邮差”要是靠谱，电池也就能放心用。

至于“LLZO”这个名字嘛，它是由锂、镧、铝、氧四种元素组成的，这四个小伙伴就像是电池里的“黄金搭档”，搭配得恰到好处，工作起来简直是如鱼得水。

大家都知道，传统的液态电解质在电池中扮演着重要角色，但它也有一个大问题，那就是容易漏液，甚至有可能发生燃烧或爆炸，太可怕了吧！所以，科学家们就开始研究固态电解质，这种固态电解质不仅稳定性好，而且安全性强，绝对不怕液体漏掉或者引起火灾。

就拿LLZO固态电解质来说吧，它的特点就是在常温下特别稳定，不管你是想把它塞进手机、储能系统还是电动汽车电池，它都能表现得特别好。

所以，LLZO不光是个“硬货”，还是个“大块头”——高离子导电性，让电池充电更快、放电更稳。

是不是听着就有点高大上？但它的原理并不难懂。

它的高离子导电性，就是通过锂离子在固态电解质中快速流动来实现的，想象一下就像高速公路上车流密集，车辆（锂离子）快速通行，整个过程又快又稳定。

再说说它的“长相”。

LLZO的结构是立方相的，简单来说，就是分子排列得特别整齐、紧密。

这种排列方式给它提供了超高的稳定性，不容易崩溃，也不容易受外界温度、压力等环境因素的干扰。

想象一下，立方相结构就像是一个巨大的“迷宫”，锂离子在这个“迷宫”里游走，找到了最顺畅的通道，根本不需要担心走错路，电池的效能自然高了。

说到这里，大家是不是就觉得LLZO的“帅气”指数暴涨了呢？再聊聊LLZO的安全性。

传统电池最大的隐患就是液态电解质，在高温、短路等情况下，可能会发生泄漏、燃烧等严重问题。

电解质添加剂提升锂离子电导率一、电解质添加剂概述电解质添加剂是一类特殊的化学化合物，它们被引入到锂离子电池的电解质中，以改善电池的性能。

这些添加剂可以显著提高锂离子的电导率，从而提升电池的整体性能。

锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和低自放电率等优点，在便携式电子设备、电动汽车和储能系统等领域得到了广泛应用。

然而，随着应用需求的不断增长，对电池性能的要求也越来越高，这就需要通过各种方法来提升电池的性能，其中之一就是使用电解质添加剂。

1.1 电解质添加剂的作用机理电解质添加剂通过与电解质中的锂离子发生相互作用，改变锂离子的溶剂化环境，从而影响锂离子的迁移速率。

这种相互作用可以是促进作用，也可以是抑制作用，具体取决于添加剂的化学性质和电解质的组成。

一般来说，添加剂可以减少锂离子与溶剂分子的结合力，降低锂离子的迁移能垒，进而提高电导率。

1.2 电解质添加剂的分类根据其化学结构和作用机理，电解质添加剂可以分为几类，包括但不限于：- 有机硫化物：如硫酸二甲酯（DMS），可以提高电解质的电导率和电池的循环稳定性。

- 有机磷化物：如磷酸三乙酯（TEP），有助于改善电池的高温性能。

- 有机硼化物：如三氟硼酸盐，可以提高电池的电化学稳定性。

- 有机硅化物：如硅烷醇，可以增强电解质的抗氧化性能。

- 离子液体：具有高电导率和良好热稳定性的离子液体，可以作为电解质的替代品。

二、电解质添加剂对锂离子电池性能的影响电解质添加剂对锂离子电池性能的影响是多方面的，包括电导率、循环稳定性、安全性和高温性能等。

2.1 提高电导率电解质添加剂通过改变锂离子的溶剂化环境，降低锂离子的迁移能垒，从而提高电解质的电导率。

电导率的提高直接关系到电池的充放电速率和功率密度，对于需要快速充放电的应用场景尤为重要。

2.2 改善循环稳定性电池在充放电过程中，电解液中的锂离子需要在正负极之间迁移。

电解质添加剂可以减少电解液分解和正负极材料的腐蚀，从而延长电池的循环寿命。

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一、引言锂枝晶的形成严重阻碍了全固态锂金属电池的实际应用。

传统观点认为枝晶在阳极开始，然后生长进入固体电解质(SEs)，而最近流行的观点认为Li+离子可以在电解质内的晶界(GBs)处直接还原，这些内部枝晶然后相互连接，导致短路故障。

然而，是内部晶界还是阳极界面主导枝晶萌生仍有争议。

二、正文部分01成果简介在此，作者对代表性系统Li6PS5Cl (LPSC)进行第一性原理计算，以研究这两种枝晶起始机制。

结果表明，固体电解质界面(SEI)阻挡了电子泄漏，使得内部Li+离子不太可能沉积。

结合从头计算分子动力学(AIMD)模拟和理论模型，预测阳极界面处枝晶形成的临界电流密度(CCD)比GBs处低得多，表明枝晶更容易在阳极处引发。

本研究揭示了枝晶的形成是由阳极引发机制而不是GB引发机制控制的。

这些发现表明，阳极界面应该是设计无枝晶电池而不是GBs的主要考虑因素。

02图文导读【图1】枝晶形成的示意图。

a)液体电解质中的具有“树状”形态的枝晶形成，b)阳极引发机制，和c)固体电解质中的GB引发机制。

在液体电解质中，枝晶的形成主要是由不均匀的锂沉积引起的，具有“树状”形态(图1a)，相比之下，SEs中的丝状“枝晶”被认为是一种不同的现象。

阳极启动枝晶和晶界(GB)启动枝晶两种枝晶形成机制最受关注，它们之间的主要区别在于枝晶形成的起始位置。

由于预先存在的裂纹、接触损失、界面电阻等，阳极引发的枝晶(图1b)在锂金属阳极和硒之间的界面处形成并生长。

然后枝晶渗入SE，最后到达阴极侧时导致电池失效。

最近的研究提出，Li从阳极侵入SEs的根本原因在于预先存在的裂纹。

裂纹内部的Li金属产生应力，并进一步驱动裂纹扩展，Li金属前方的裂纹扩展通过X射线计算机显微断层扫描直接观察到。

通过结合实验和理论分析，还建立了裂纹尺寸和枝晶引发所需的超电势之间的关系。

另一方面，GB引发机制(图1c)假定锂枝晶在SEs内的GBs处独立成核，而无需在阳极侧引发。