AM：一种具有超高水稳定性和离子导电性的气相合成的硫化物电解质助力出色的全固态电池

Nanoyu

2021-07-04

硫化物固体电解质（SEs）具有优异的离子导电性和优异的延展性，被认为是最有前途的全固态电池候选材料之一。然而，硫化物的较差的空气稳定性、合成工艺复杂、收率低、生产成本高等问题阻碍了其大规模应用。

近日，中科院物理研究所吴凡研究员报道了首次提出了一种无需在手套箱下合成的具有优异空气稳定性和电化学性能的硫化物SE。

文章要点

1）迄今为止，大多数硫化物的合成都是采用固/液相合成法，存在以下三大缺点：i）整个合成过程过于依赖手套箱；ii）多步反应复杂，产率低，时效性差；iii）硫化物原料如Li₂S，SiS₂，GeS₂等价格昂贵。而与传统方法形成鲜明对比的是，所开发的一步气相法使用低成本、空气稳定的氧化物（如Li₂CO₃、SnO₂、Sb₂O₅、Bi₂O₃等），以CS₂为硫化剂，将氧化物硫化成硫化物。整个合成过程从原料到最终产品只需一步，空气稳定，与传统的繁琐的手套箱中硫化物多步合成有明显不同，提高了收率和工效，并降低了成本。

2）虽然Li₄SnS₄的离子电导率有所下降，但通过调节掺杂元素的种类、浓度和浓度，可以将其提高到2.45 mS cm⁻¹（体离子电导率），这是目前所报道的湿空气稳定的锂离子硫化物中最高的室温离子电导率。更重要的是，Li_3.875Sn_0.875As_0.125S₄在湿空气甚至水中暴露后，通过在相对较低的温度下进行后续热处理，恢复了2.34 mScm⁻¹的超高室温离子电导率，这使得基于Li_3.875Sn_0.875As_0.125S₄ ASSBs在所有已报道的硫化物ASSBs中具有最高的可逆容量（188.4 mAh g⁻¹）和最长的循环寿命（210次循环）。

这项工作为进一步实现从硫化物SEs的合成到ASSB的制备全空气过程，并最终利用一步气相合成法将硫化物SEs大规模应用于ASSB奠定了基础。

参考文献

Pushun Lu, et al, Superior All-Solid-State Batteries Enabled by a  Gas-Phase-Synthesized Sulfide Electrolyte with  Ultrahigh Moisture Stability and Ionic Conductivity, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202100921

https://doi.org/10.1002/adma.202100921