不同电池基底上锂钠合金通用焊接策略技术解析

【章节】金属锂电池由于其低于的还原成电势和超高的理论比容量，在未来能量储存领域中有辽阔的应用于前景。然而，锂枝晶生长以及液体有机电解质的易燃性等问题，严重威胁了金属锂电池的安全性用于。因而其中最有效地的策略是用于不易燃且机械强度较好的固态电解质(solid-stateelectrolytes,SSEs)，以此诱导锂枝晶的生长。在如此众多的SSEs当中，立方石榴石互为SSEs优势显著，因为其具备较好化学稳定性、低离子导电亲率和长电化学电势窗口。

应用于石榴石恩固态金属锂电池的一个主要挑战是，石榴石固态电解质和电极材料之间表面认识十分很差。金属锂和石榴石陶瓷片之间的必要认识一般不会导致接触不良以及较小的表面电阻，通过加到聚合物界面或者施加压力，界面将有所改善，但电阻依然十分低。

【成果概述】近日，来自马里兰大学的胡良兵副教授在知名期刊AdvancedEnergyMaterials上公开发表了为题”UniversalSolderingofLithiumandSodiumAlloysonVariousSubstratesforBatteries”的论文，第一作者为王成威博士，联合第一作者为在读博士生谢华。该文章报导了一种标准化焊技术，可以较慢地将熔融的金属锂或金属钠涂覆在有所不同的基底上用作固态电池和其他应用领域。

通过加到合金成分，熔融锂的表面能和粘性都减少了。富锂的熔融合金在陶瓷、金属和聚合物等基底上展出了较好的浸润性。将该焊涂覆技术应用于固态电池中时，熔融的锂锡合金在10秒内顺利涂覆在刚抛光完了的石榴石陶瓷片上，如较慢的焊过程一般。SEM图证实了合金和石榴石表面的密切认识，其界面电阻只有7Ωcm2。

锂的映射-瞬循环测试证实了丰锂合金负极和石榴石SSEs界面认识的稳定性。某种程度的浸润性现象在钠基熔融合金和钠锡合金应用于氧化铝基底上时亦有观测。

【图文简介】图一：焊锂以及锂合金在基底上的示意图。a)显熔融锂在液体基底上浸润性很低；b)锂合金可以只能焊在基底上有更佳的认识。图二：锂锡合金在陶瓷基底上的浸润性。

a)在氧化铝基底上有所不同锡比例的锂锡合金的浸润性；b)锂锡合金有效地熔接在石榴石SSE陶瓷片上；c)/d)有所不同分辨率下锂锡合金的SEM截面图。图三：固态平面电池的电化学测试。a)EIS电阻图；b)循环前和循环过程中的EIS电阻图；c)锂锡/石榴石/锂锡平面电池在映射-瞬循环中的电压分布图。

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