孙学良&莫一非AEM：一种基于双卤素固体电解质的先进高电压全固态锂离子电池

Nanoyu

2021-07-05

具有高负极（氧化）稳定性的固态电解质（SEs）是实现高电压全固态锂离子电池（ASSLIBs）的关键。迄今为止，卤化物基SEs由于其与正极的兼容性和较高的离子导电性，一直是最有前途的候选材料之一。然而，目前开发的氯化物和溴化物基SEs仍然表现出有限的电化学稳定性，不足以满足超高电压操作的需要。

近日，加拿大西安大略大学孙学良教授，Tsun-Kong Sham，美国马里兰大学莫一非教授报道了开发了一种新的SE用于高电压ASSLIB。

文章要点

1）原位生成的具有良好锂离子扩散途径的钝化中间相可以抑制SEs的降解和连续的界面反应。在此基础上，研究人员设计了一种双卤素固体电解质（DHSE），其中氟（F）选择性地占据了Li₃InCl₆中的特定晶位（Cl-8j），形成了一种新的SE：Li₃InCl_4.8F_1.2。随着F的加入，DHSE的实际氧化极限提高到6 V以上。

2）实验和计算结果均表明，Li₃InCl_4.8F_1.2中原位生成了含F的钝化中间相，有利于提高Li₃InCl_4.8F_1.2的负极（氧化）稳定性，并在高截止电压下稳定在正极表面。

3）作为概念验证，将这种Li₃InCl_4.8F_1.2 DHSE与裸高压LiCoO₂（LCO）直接匹配，所组装的ASSLIB能够在室温（RT）下稳定工作，截止电压为4.8 V（vs Li/Li⁺）。扫描透射X射线显微镜（STXM）结合先进的层析技术揭示了富F正极-电解质界面（CEI），同时X射线吸收光谱（XAS）进一步分析表明LiF是主要的界面组分。

这项工作以Li₃InCl_4.8F_1.2 DHSE为例展示了一种SE设计策略，该设计策略通过形成氟化界面获得了高实用的负极稳定性，从而为超高压ASSLIB开辟了新的途径。

参考文献

Shumin Zhang, et al, Advanced High-Voltage All-Solid-State Li-Ion Batteries Enabled by a Dual-Halogen Solid Electrolyte, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202100836

https://doi.org/10.1002/aenm.202100836