硫化物电解质的分子表面工程具有强化湿度耐受性,用于坚固的金属全固态电池

科学领域:

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背景情况:

• 固态电解质 (SSEs) 对下一代电池至关重要,它提供了更高的安全性和与金属阳极的兼容性.
• 基于硫化物的SSE虽然有前途,但面临着诸如有限的电化学稳定性和高湿度敏感性等挑战.
• 在SSEs中稳定接口是提高电池性能和寿命的关键.

研究的目的:

• 开发一个分子表面工程策略,用于Li argyrodite SSEs (Li₆PS₅Cl_0.5Br_0.5) 使用八甲基酸 (OPA) 和其化形式 (Li-OPA).
• 为了提高SSE的电化学稳定性和耐湿性.
• 改进SSE与全固态电池中阳极和阴极材料之间的界面兼容性.

主要方法:

• 使用OPA和Li-OPA的一步涂层策略被用来修改Li₆PS₅Cl_0.5Br_0.5 (LPSClBr) 的表面.
• 评估了电化学性能,包括离子导电性,临界电流密度和涂/剥离稳定性.
• 使用NCM811阴极和无阳极配置的所有固态电池被组装并循环测试以评估性能.

主要成果:

• -OPA涂层的电解质保持了高离子导电性 (>2.5 mS cm^{-1) 和优异的防潮性 (>24小时后92%的导电性保留).}
• 在400多小时的时间内,以1.0 mAh cm-2的速度实现了稳定的化/脱落,临界电流密度为2.4 mA cm-1.
• 所有固态细胞表现出高可逆容量 (160mAh-1g在0.3°C),优异的库伦比克效率 (>99.7%) 和良好的循环稳定性 (100个循环后85%的保持率).

结论:

• 用Li-OPA进行的分子表面工程有效地稳定了硫化物基础的SSE对水分的抵抗,并改善了接口接触.
• -OPA修改增强了临界电流密度,并使金属循环稳定.
• 这种可扩展的战略为开发高性能,安全的硫化物基全固态电池提供了有前途的途径.