通过低温电子显微镜揭示了基于的所有固态电池的界面故障机制

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 电池技术 电池技术

背景情况:

• 全固态电池 (ASSB) 是一个有前途的储能设备.
• 接口阻抗传统上被认为是ASSB的主要限制.
• 了解接口行为对于提高电池性能和寿命至关重要.

研究的目的:

• 调查ASSB与负电极和硫化物电解质的界面阻抗的作用.
• 确定这些电池系统容量衰减的主要原因.
• 阐明原子尺度接口结构及其对电池性能的影响.

主要方法:

• 使用负电极和Li$_{10}$GeP_{2}$S$_{12}$和Li$_{10}$Si$_{0.3}$PS$_{6.7}$Cl$_{1.8}$电解质的ASSB的制造和电化学测试.
• 使用先进的显微镜和光谱技术对界面层进行表征.
• 对界面反应的分析及其与容量衰减的相关性.

主要成果:

• 发现接口阻抗并不是容量衰减的主要原因.
• 消耗活跃源的连续接口反应被确定为主要的罪祸首.
• 在Si/Li$_{10}$Si$_{0.3}$PS$_{6.7}$Cl$_{1.8}$接口上,一个薄而稳定的相间层 (<200nm) 实现了良好的循环.
• 在Si/Li$_{10}$GeP$_{2}$S$_{12}$接口上,尽管Li$_{2}$含量很高,但厚厚的 (10微米) 间相层并没有显著增加阻抗.

结论:

• 可持续的界面反应,而不是界面阻抗,对于这些ASSB的容量衰减至关重要.
• 对接口结构的原子级理解对于设计稳定的接口至关重要.
• 这些发现对开发高性能,持久的硫化物基ASSB具有重大意义.