孙学良Sci. Adv.：用于全固态金属锂电池的固态卤化物电解质的通用湿化学合成

Nanoyu

2021-09-09

全固态锂金属电池（ASSLMBs）由于其理论能量密度高且安全性大大提高而备受关注。用于ASSLMBs的固态卤化物电解质因其高离子电导率和高电压稳定性而重新引起人们的研究关注。然而，由于金属卤化物易被水解，基于液相合成卤化物电解质极具挑战性。

近日，西安大略大学孙学良教授，国联汽车动力电池研究院有限责任公司Jiantao Wang报道了采用铵辅助湿化学法合成固态卤化物电解质。

文章要点

1）受工业“氯化铵路线”合成无水MCl₃（M=三价金属）的启发，MCl₃在水中最常见的水解问题被形成的(NH₄)₃[MCl₆]中间体所抑制。因此，铵辅助湿化学合成成为获得各种固态卤化物电解质的通用方法。基于这种合成策略，研究人员成功获得了RT离子电导率达到0.345 mS cm⁻¹的Li₃YCl₆。为了证明其通用性，得到了离子电导率分别为1.25、1.09和0.407 mS cm⁻¹的Li₃ScCl₆、Li₃YBr₆和Li₃ErCl₆。

2）研究发现，微应变引起的局域微结构变化有利于锂离子在卤化物电解质中的迁移。此外，通过将混合的电子/离子导电界面转变为锂离子导电界面，缓解了卤化物电解质与锂金属之间的界面不相容性。

3）这种ASSLMBs表现出基于锂钴氧化物的高初始库仑效率（98.1%）和基于单晶LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂（SC-NMC622）的高放电容量（166.9 mA·hour g⁻¹）。值得一提的是，这是首次报道具有优异电化学性能的卤化物基ASSLMB，消除了人们对其负极界面不相容性的巨大担忧。

这项工作为开发高性能卤化物基ASSLMBs提供了材料合成和界面设计的通用策略。

参考文献

Changhong Wang, et al, A universal wet-chemistry synthesis of solid-state halide electrolytes for all-solid-state lithium-metal batteries, Sci. Adv. 2021

DOI: 10.1126/sciadv.abh1896

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh1896