孙学良Acc. Mater. Res.综述：全固态硫化物电解质锂离子电池中界面离子和电子传输的研究进展

Nanoyu

2021-10-21

随着人们对高能量密度和高安全性储能技术需求的日益增长，近年来，包括全固态锂离子电池（ASSLIBs）和全固态锂-硫电池（ASSLSBs）在内的全固态锂金属电池（ASSLMB）受到了极大的关注。为了实现ASSLMBs，各种固体电解质得到了迅速的发展。其中，硫化物电解质（SEs）具有最高的离子电导率和最佳的力学性能。然而，有害的界面反应、界面固体接触不良以及锂树枝晶生长造成的缓慢的界面离子和电子传输动力学严重阻碍了SE基ASSLMB的商业化。为了克服界面的挑战，深入了解SE基ASSLMBs中复杂的界面离子和电子传输过程至关重要。

基于此，加拿大西安大略大学孙学良教授主要从界面离子和电子传输的角度总结了课题组对SE基ASSLMBs的最新认识，旨在提供对界面动力学的深刻理解。

文章要点

1）作者首先从离子导电性、电化学稳定窗口和力学性能方面比较了各种固态电解质，包括SEs、氧化物电解质、卤化物电解质、聚合物电解质和硼氢化物电解质，以突出SEs在ASSLMBs中的优势。

2）作者接着分别总结了SE基ASSLIB和SE基ASSLSB在正极和负极界面的界面仍面临的挑战。这些界面挑战严重阻碍了界面离子和电子的传输。为了提高界面电荷转移动力学，作者总结了课题组在过渡金属氧化物（TMOs）和SEs之间正极界面的最新研究进展。同时，从界面动力学的角度总结了课题组在SE基ASSLSB方面的最新进展。在负极界面上，概述了增强锂金属和SE之间界面锂离子输运的新型策略。

3）作者最后对基于SE的ASSLMBs进行了总结和展望。i）首先，促进界面离子和电子传输的研究仍然具有重要意义，特别是对于基于厚正极复合材料和超薄锂金属的高能密度SE基ASSLMBs而言；ii）其次，基于SE的ASSLMB的显著体积变化应该通过合理的界面设计、材料的改进，甚至是最优的外部堆积压力来适应；iii）需要降低较高的堆压，以满足实际应用要求；iv）迫切需要先进的表征和理论计算，以更真实的参数更好地理解界面离子和电子的输运过程；v）最后，降低材料价格和制造成本也是Ses基ASSLMBs商业化的关键。

参考文献

Changhong Wang, Keegan Adair, Xueliang Sun, All-Solid-State Lithium Metal Batteries with Sulfide Electrolytes: Understanding Interfacial Ion and Electron Transport, Acc. Mater. Res., 2021

DOI: 10.1021/accountsmr.1c00137

https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00137