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孙学良ACS Energy Letters:氟代电解质实现超稳定负极界面助力全固态锂金属电池

北2北
2020-03-11


全固态锂金属电池凭借高能量密度与高安全性等优势吸引了诸多关注。然而，金属锂负极与固态电解质之间的界面稳定性较差，这限制了固态电池电流密度和容量的提升，进而对实用化发展造成了影响。近日，加拿大西安大略大学的孙学良教授团队发现对Li6PS5Cl固态电解质进行氟化可以提高其对金属锂负极界面的稳定性。


本文要点

1) 研究人员提出了利用氟化的固态电解质来诱导形成高度氟化的锂金属负极界面的策略。他们将常见的Li6PS5Cl固态电解质作为主体材料，通过在合成前驱体中用不同含量的LiF来取代LiCl从而合成了一系列不同氟代程度的LPSCl1–xFx硫化物固态电解质（x=0.05、0.3、0.5、0.7、0.8、1.0）。


2) 使用优化后的Li6PS5Cl0.3F0.7固态电解质的Li//Li对称电池在罕见的高电流密度（6.37mA/cm2）和高容量（5mAh/cm2）的充放电条件下能够实现稳定的金属锂沉积-剥离循环长达250小时。该性能甚至能够与常规液态电解质中的界面稳定性相媲美。


3) 研究人员发现在金属锂和Li6PS5Cl0.3F0.7固态电解质之间原位形成的界面具有致密的形貌和高浓度的LiF,这是全固态电池实现高性能的重要原因。此外，当着这种氟代的固态电解质应用到全电池中时也能够实现室温下优异的循环稳定性和良好的倍率性能。


Feipeng Zhao et al, Ultrastable Interface Achieved by Fluorinaing Electrolytes for All-Solid-State Li Metal Batteries, ACS Energy Letters,2020

DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00207

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00207




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