石榴石型固态电解质(SSE)，通常为Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂(LLZT)，对下一代锂金属电池(LMB)具有巨大潜力。然而，活性Li₊含量高的LLZT对空气敏感，会形成绝缘和疏锂杂质，从而危及它的实际应用。

在这里，中科院化学所An-Min Cao证明了LLZT颗粒(CF-LLZT)的壳局部Fe³⁺掺杂可确保高空气稳定性和锂兼容性，而不会损害其离子电导率。

文章要点

1）简而言之，首先将Fe₂O₃纳米薄膜沉积在LLZT基底上，然后进行高温烧结将Fe³⁺驱入下面的LLZT，形成Li⁺缺陷壳，而本体结构保持不变。这种表面修复的LLZT可以将空气暴露时间延长至1个月，而不会形成Li₂CO₃杂质。

2）Li/CF-LLZT/Li对称电池表现出6 Ωcm²的低界面电阻（Li/LLZT/Li为1580Ωcm²）和稳定的电化学性能（>5000小时）。使用不同正极材料（尤其是LiFePO₄和LiNi_0.83Co_0.07Mn_0.1O₂）组装的LMB表现出高可逆容量和良好的循环能力。

3）与本体Fe³⁺掺杂不同，本体Fe³⁺掺杂会导致Li⁺电导率显著下降，使其不适合用于SSE，研究强调了SSE表面结构调制的重要性，这是一种有效的研究途径，可以规避界面挑战，促进其未来的商业化。

参考文献

Sijie Guo, et al, Air-stable and Lithium-compatible Garnet Pellet Enabled by Surface Doping for High Performance Solid-state Batteries, Energy Environ. Sci., 2024

DOI: 10.1039/D4EE03199G.