全固态锂金属电池的进步需要在固态电解质（SSE）方面取得突破，以抑制在高电流密度和高容量（>3 mAh cm⁻²）下的锂枝晶生长，并在晶体结构、离子电导率和刚性等方面实现创新。
在本研究中，西安大略大学孙学良院士团队、Tsun-Kong Sham院士；马里兰大学莫一非 以及美国橡树岭国家实验室刘珏合作报道了一种超离子导电、高锂兼容且空气稳定的富空位β-Li₃N固态电解质。这种富空位β-Li₃N固态电解质在25 °C下表现出高达2.14 × 10⁻³ S cm⁻¹的离子电导率，超过了几乎所有已报道的基于氮化物的固态电解质。研究揭示了一种由锂和氮空位介导的快速锂离子迁移机制，这种机制通过空位触发的降低活化能和增加可移动锂离子数量实现。
使用富空位β-Li₃N的全固态锂对称电池在高临界电流密度（高达45 mA cm⁻²）和高容量（高达7.5 mAh cm⁻²）方面取得突破，并在超过2,000个循环中实现了超稳定的锂剥离和沉积过程。此外，富空位β-Li₃N的高锂兼容性机制被揭示为其对锂金属的内在稳定性。β-Li₃N还通过形成保护性表面展现出优异的空气稳定性。
将富空位β-Li₃N作为固态电解质中间层，结合钴酸锂（LCO）和富镍LiNi₀.₈₃Co₀.₁₁Mn₀.₀₆O₂（NCM83）正极的全固态锂金属电池表现出卓越的电池性能。在1.0 C倍率下，循环性能极其稳定，LCO电池在5,000次循环后容量保持率达82.05%（95.2 mAh g⁻¹），NCM83电池在3,500次循环后容量保持率达92.5%（153.6 mAh g⁻¹）。利用富空位β-Li₃N和NCM83正极，这些电池在温和快速充放电（倍率高达5.0 C）条件下，容量保持率达60.47%。尤其值得注意的是，这些电池展现出较高的面容量：紧凑型片式电池约为5.0 mAh cm⁻²，全固态锂金属软包电池约为2.2 mAh cm⁻²。
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