40篇固态电池重点研究成果年度盘点【上篇】

全制备过程无需手套箱、一步法制备超高水稳定性硫化物固态电解质

（吴凡团队，中科院物理所）

硫化物固态电解质具有超高的离子电导率和良好的机械性质，是全固态电池中最有前景的候选电解质材料之一。但空气稳定性差、合成工艺复杂、产率低、生产成本高，极大地阻碍了硫化物电解质的大规模应用。中国科学院物理研究所吴凡研究员课题组提出了一种全新的策略：以空气稳定的氧化物为原料，在空气环境中一步气相法合成硫化物电解质，完全摆脱了手套箱，从而实现硫化物固态电解质全制备过程空气稳定，且大幅简化制备步骤，打破了产量的限制，助力空气稳定的硫化物电解质的大规模生产。进一步通过调整掺杂元素及浓度（50种组合），一步法制备的空气稳定硫化物离子电导率可达2.45mS/cm，是迄今为止所有报道的湿空气稳定和可恢复的锂离子硫化物电解质中最高的。此外，该硫化物经过湿空气和水暴露后低温热处理组装全固态电池，表现出超高可逆容量(188.4mAh/g)和长循环寿命(210次)，打破已有记录。因此，这可能是硫化物全固态电池走向实际应用和产业化发展历史上最关键的突破之一。

PushunLu, Lilu Li, Shuo Wang, Jieru Xu, Jian Peng, Wenlin Yan, QiuchenWang, Hong Li, Liquan Chen, Fan Wu*. Superior all-solid-statebatteries enabled by gas-phase synthesized sulfide electrolyte withultra-high moisture stability and ionic conductivity. Adv. Mater.2021, DOI: 10.1002/adma.202100921

调控电解质粒径分级，优化界面接触实现高性能全固态电池

（谢佳、余创团队，华中科技大学）

华中科技大学电气与电子工程学院谢佳教授、余创教授等人，通过调控电解质（Li_5.5PS_4.5Cl_1.5）在电池不同部分的粒径分布，实现固-固界面接触的优化，从而构建全气候条件下电化学优异性能的LNO@NCM712/SE/Li-In全固态电池。S/L结构(复合正极使用小尺寸SE，电解质层采用大尺寸SE)的固态电池在室温(0.2C，168mAh g^-1, 100次循环保持率99%)和-20℃(0.05C，89mAhg^-1)下表现出较好的性能，而S/S结构电池在高温下表现出更好的性能。这项工作证实了全固态电池内部电解质粒径分级对制备高性能的全气候固态电池具有重要的影响。

Tuningsolid interfaces via varying electrolyte distributions enables highperformance solid-state batteries. Energy & EnvironmentalMaterials 2021. DOI: 10.1002/eem2.12308

具有高离子电导率和空气稳定性的硫化物全固态电池

（SeunghoYu团队，韩国科学技术院）

韩国科学技术院SeunghoYu（通讯作者）利用高能球磨合成了Ge取代的硫锑酸盐硫银锗矿，Li_6.5Sb_0.5Ge_0.5S₅I的离子电导率为16.1mScm^-1，这是已报道的冷压SE中具有最高的离子电导率。基于第一性原理计算表明，锂离子通过笼间路径的协同迁移明显提高了离子电导率。实验结果表明，Li_6.5Sb_0.5Ge_0.5S₅I在使用Li₃YCl₆作为正极电解液后与LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂具有良好的兼容性，由此构成的全固态电池（ASSBs）放电容量高达164mAhg^-1和优异的循环稳定性。此外，Ge取代的硫锑酸盐硫银锗矿表现出优异的空气稳定性，这有助于降低具有吸湿性硫化物SE的ASSBs的合成和制造成本。

YongheumLee, Jiwon Jeong, Ho Jun Lee, Mingony Kim, Daseul Han, HyoungchulKim, Jong Min Yuk, Kyung-Wan Nam, Kyung Yoon Chung, Hun-Gi Jung,Seungho Yu*, Lithium Argyrodite Sulfifide Electrolytes with HighIonic Conductivity and Air Stability for All-Solid-State Li-IonBatteries, 2021.

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02428

不同结晶度硫化物电解质对全固态电池性能的影响

（张闻博&F.H. Richter&南策文&JürgenJanek，德国吉森大学）

作者研究了化学计量相同但结晶度不同的硫代磷酸电解质和ASSB的性能之间的关系。在In/ InLi | SE | LiCoO₂ @LiNb_0.5Ta_0.5O₃模型电池中，使用玻璃/玻璃陶瓷SEs（例如75Li₂S·25P₂S₅玻璃，70Li₂S·30P₂S₅玻璃和Li₆PS₅Cl玻璃陶瓷）可实现更好的循环和倍率性能。这主要归因于与晶体SE对应物相比，玻璃/玻璃-陶瓷SE物理接触损失较小。此外，通过使用SE和碳复合材料作为正极，研究了典型正极电势下的SE分解。循环后，SE/碳复合正极中的晶体SE出现更大的体积变化和更严重的分解。晶态SEs显示出较高的电子部分电导率，这导致复合正极的分解程度更高。通过仔细选择具有适当机械和（电）化学性能的固体电解质，这项工作为ASSB的优化复合正极设计提供了启示。

ShuoWang, Wenbo Zhang, Xiang Chen, Dyuman Das, Raffael Ruess, AjayGautam, Felix Walther, Saneyuki Ohno, Raimund Koerver, Qiang Zhang,Wolfgang G. Zeier, Felix H. Richter, Ce‐Wen Nan, Jürgen Janek,Influence of Crystallinity of Lithium Thiophosphate SolidElectrolytes on the Performance of Solid‐State Batteries, Adv.Energy Mater., 2021, DOI:10.1002/aenm.202100654

钠电固态电池

（王春生团队，马里兰大学）

马里兰大学王春生教授课题组和北卡罗莱纳农工州立大学XiaochuanLu教授提出将~37wt% 氧化钇稳定的氧化锆加入到BASE (YSZ@BASE) 中，实现80℃时界面电阻从6.6 (BASE/Na) 降到3.6Ω cm² (YSZ@BASE/Na)，且界面电阻在>330 小时的循环期间保持稳定。对称电池中YSZ@BASE 的临界电流密度在80℃和~0.18MPa的温和压力下达到了在所有固态电解质/金属体系中非常高的~7.0mA cm^-2，几乎是纯BASE电池的5倍(~1.5 mAcm^-2)。YSZ通过提高YSZ@BASE的断裂韧性和降低整体电子传导，在抑制Na枝晶渗透方面起着关键作用，可以有效防止内部Na沉积。作为氧离子导体，YSZ还可以传输氧离子，从而消除由BASE还原引起的氧空位，从而形成薄而稳定的富含β-NaAlO²的SEI。具有富镍正极的全电池可实现110mAh g^-1的高初始容量，并在500次循环后保持73%的容量，在4C的倍率下库仑效率>99.99%。

Deng,T., Ji, X., Zou, L. et al. Interfacial-engineering-enabled practicallow-temperature sodium metal battery. Nat. Nanotechnol, 2021

https://doi.org/10.1038/s41565-021-01036-6

高性能固态电池电解质的界面三维设计

（崔屹团队，斯坦福大学）

锂/固态电解质（SSE）界面的形态退化是导致所有固态电池（ASSB）性能衰退的普遍问题。为了保持界面完整性，大多数ASSB在低电流密度和相当大的堆叠压力下运行，这大大限制了其广泛使用。崔屹教授团队博士后许荣发展了三维结构固态电池，它可以稳定Li/SSE界面的形态，即使在相对较高的电流密度和有限堆叠压力下也是如此。首先，通过热压烧结制备致密的LLZO，其断裂面SEM图像表明其孔隙率非常低，致密度较高。在1.0MPa的压力下，采用激光加工制作的石榴石型3D-SSE锂对称电池显示出0.7mA cm^-2的高临界电流密度和0.7mA cm^-2下500h的稳定循环。这种优异的性能归因于Li/3D-SSE界面的局部电流密度降低和机械应力放大。这两种效应有利于界面锂剥离和蠕变之间的通量平衡，从而防止界面退化，如孔洞形成和枝晶生长。进一步进行了有限元分析，以阐明在Li/3D-SSE界面上的电化学和力学之间的竞争，这为未来无枝晶ASSBs的设计提供了指导。

Xu,R. , Liu, F. , Ye, Y. , Chen, H. , Yang, R. R. , & Ma, Y. , etal. A Morphologically Stable Li/Electrolyte Interface forAll-Solid-State Batteries Enabled by 3D-Micropatterned Garnet . Adv.Mater. 2021, 33, 2104009

https://doi.org/10.1002/adma.202104009

20C稳定跑10000圈的等级多孔钠离子超导体

（乔振安团队，吉林大学）

吉林大学乔振安教授团队分别合成了具有单晶结构和多晶结构的等级孔钠离子超导体型Na₃V₂(PO₄)₃（NVP）材料。利用TEM，SEM，XRD，氮气吸附等多种表征技术研究了反应条件对材料的孔结构和晶体结构的影响，提出了具有普适性的制备多孔钠离子超导体材料的方法。当用制备的多孔NVP材料作为钠离子电池正极材料时，系统研究了材料的晶体结构和孔结构对电化学性能的影响，相比于多孔多晶结构，具有多孔单晶结构的NVP展现了更优异的储钠性能。在100C保持有61mA h g^-1的容量；在20C具有10000次的显著循环稳定性。

1.APolymer-Assisted Spinodal Decomposition Strategy towardInterconnected Porous Sodium Super Ionic Conductor-StructuredPolyanion-Type Materials and their Application as High-PowerSodium-Ion Battery Cathode, Adv. Sci. 2021,DOI:10.1002/advs.202004943

2.Polymer Stabilized Droplet Templating towards Tunable HierarchicalPorosity in Single Crystalline Na3V2(PO4)3 for Enhanced Sodium-IonStorage, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI:10.1002/anie.202100954

原位聚合让石榴石型陶瓷电解质应用于柔性大面积固态锂电池

（郭向欣团队，青岛大学）

青岛大学郭向欣教授团队针对LLZO陶瓷电解质的刚性和脆性等本征问题，提出了原位聚合的优化策略，在强化电极/LLZO界面的基础上，实现固态电池的柔性、大面积的设计与构筑，获得大容量固态石榴石型锂电池的制备方案。本项研究工作构筑了基于乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)的原位聚合的凝胶(Gel)电解质，首先，该原位聚合的Gel电解质可以作为粘接剂，连接LLZO小陶瓷块，实现LLZO陶瓷电解质的大面积制备；Gel电解质同时释放了LLZO陶瓷电解质的变形应力，实现柔性固态石榴石型电池的构筑。另外，凝胶电解质作为中间层引入至电极/LLZO界面处，增强电极和固态电解质的接触，降低界面阻抗；在Li/LLZO界面处，原位聚合Gel电解质可以均匀局域电场的分布，减少电子注入，将LLZO的临界电流密度提高至1.1mAcm^-2；在正极/LLZO界面处，原位聚合Gel电解质在正极内部构筑了离子导电网络，实现复合正极与LLZO的界面融合，提升正极材料的比容量。基于该原位聚合界面的LiFe_0.2Mn_0.8PO₄/Li电池室温可稳定循环200圈，容量保持率可达80.2%。

ZhijieBi,WeilinHuang, Shuang Mu, Wuhui Sun, Ning Zhao,XiangxinGuo*,Dual-interfacereinforced flexiblesolid garnet batteries enabled by in-situsolidified gel polymerelectrolytes, NanoEnergy, 90(2021) 106498.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106498

数秒内合成固态电解质

（胡良兵团队，马里兰大学）

美国马里兰大学胡良兵教授报道了一种通用且简便的方法，可在高温下数秒内（3~10秒），在各种基底上合成一系列陶瓷SSE的3D多孔骨架。研究表明，高温能够加速反应以快速烧结成所需要的结晶相，并加速晶粒的表面扩散以进行颈部生长。同时，较短的烧结时间限制了粗化，从而准确控制致密化程度，以保持所需的多孔结构，并减少挥发性元素的损失。进一步实验表明，使用该策略能够在各种基底材料上（Al₂O₃、Ti、不锈钢和碳纸）烧结各种多孔陶瓷SSEs（LLZTO、LATP和LLTO）。同时，通过将聚(环氧乙烷)与烧结的3D多孔LLZTO骨架集成组成的复合SSE，具有1.9×10^-4S cm^-1的良好离子电导率。该方法也为基于烧结策略制备陶瓷SSE的3D骨架的全固态电池打开了新的大门。

High-TemperatureUltrafast Sintering: Exploiting a New Kinetic Region to FabricatePorous Solid-State Electrolyte Scaffolds(Adv. Mater., 2021, DOI:10.1002/adma.202100726)

预言7种新型氧化物电解质

（Ceder团队，加利福尼亚大学伯克利分校）

Ceder教授和其团队在AEM上发表了一篇基于目前对快锂离子运动的机制和结构特点的理解，对氧化物锂SIC和新结构框架进行大规模搜索，并确定了7种具有高室温离子电导率的候选者。而进行的新结构氧化物锂SIC材料的预测。作者首先重新审视锂石榴石和NASICON 结构中的离子传导机制，并确定3D渗透锂扩散网络和移动的“激活的局部环境”是实现超离子传导的关键因素。通过将这些因素转化为三个结构特征，作者能够对无机晶体结构数据库(ICSD) 进行高通量筛选，以识别具有适合快速锂离子运动的锂位点网络的结构。并使用从头算分子动力学(AIMD)模拟更详细地评估了有希望的结构的离子电导率。最终他们确定了7种最有希望的型材料，他们涉及的结构框架包括尖晶石、氧-银锭、方钠石和LiM(SeO₃)₂，这为氧化物锂SIC家族注入了新血液。

Xiao,Y., Jun, K., Wang, Y., Miara, L. J., Tu, Q., Ceder, G., Lithium OxideSuperionic Conductors Inspired by Garnet and NASICON Structures. Adv.Energy Mater. 2021, 2101437.

DOI:10.1002/aenm.202101437

高离子电导、空气中稳定的新型固态电解质

（YanWang,&Ju-Sik Kim团队，韩国三星研究院）

近日，韩国三星研究院YanWang, Ju-SikKim教授通过计算设计和实验验证，开发了一种新型高性能Li_1.4Ta₂P_0.6Si_0.4O₈电解质。该工作的主要内容为：1)通过计算发现元素Si掺杂可以提升Li₁Ta₂PO₈的离子导电率；2)实验合成了Si掺杂的高导离子Li_1.4Ta₂P_0.6Si_0.4O₈电解质（室温离子导电率1.18mS cm^-1），在-20℃依然具有0.13mS cm^-1的离子导电率；3)Si掺杂可以激活多维度、各向同性的离子导电通路。

RyoungheeKim, Lincoln J. Miara, Jung-Hwa Kim, Ju-Sik Kim,* Dongmin Im, and YanWang, Computational Design and Experimental Synthesis of Air-StableSolid-State Ionic Conductors with High Conductivity. Chem. Mater.2021, 33, 6909−6917.DOI:10.1021/acs.chemmater.1c01837

高能纤维锂电，弯曲100000次性能依然亮眼！

（彭慧胜团队，复旦大学）

复旦大学彭慧胜教授和陈培宁副研究员等人展示了一项新型纤维聚合物锂离子电池的研究成果，将钴酸锂正极和隔膜包裹的纤维负极扭在一起构建了不同长度的纤维电池。发现这种纤维电池的内阻与纤维长度具有双曲余切函数关系，随着长度的增加，内阻首先下降，然后趋于平稳。建立了规模化生产线，实现了高性能纤维电池的连续化制备。纤维电池能量密度达到85Wh/kg，在500次充放电循环后其容量保持率超过90%，在1C倍率下达到93%，可与软包电池等商业电池相媲美。连续弯曲100000次后，纤维电池容量保持率超过80%。被国际同行评价为“储能领域的里程碑研究”和“柔性电子领域的一个里程碑”，将有力推动新能源、柔性电子、生物医学等领域的快速发展。

He,J., Lu, C., Jiang, H. et al. Scalable production of high-performingwoven lithium-ion fibre batteries. Nature 597, 57–63 (2021).https://doi.org/10.1038/s41586-021-03772-0https://www.nature.com/articles/s41586-021-03772-0

具有良好界面相容性10μm高强度固体聚合物电解质助力柔性全固态锂金属电池

（姚霞银团队，中科院宁波材料所）

中科院宁波材料所姚霞银研究员课题组设计了一种用于柔性全固态锂金属电池的超薄、高强度、界面相容性良好的固体聚合物电解质。其中7μm的聚乙烯（PE）隔膜被选为支撑体，为固体电解质提供强有力的机械性能；多孔的聚甲基丙烯酸甲酯-聚苯乙烯（PMMA-PS）界面层通过倒相法被紧密附着在聚乙烯隔膜的两侧，有效地提高界面稳定性；无溶剂的聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯（PEGMEA）和锂盐作为填料通过原位热固化的方法被填充在改性聚乙烯隔膜内部，形成快速而连续的锂离子传输通道。该固体聚合物电解质的厚度为10μm，拉伸强度为103MPa，具有高达34.84mS的室温离子电导。采用该固体电解质装配的Li//Li对称电池在0.1mA cm^-2的电流密度下可稳定循环1500h以上。在60℃下，LiFePO4//Li软包电池可以在1C的倍率下稳定循环1000次以上，放电比容量从148.9mAh g^-1到113.7mAh g^-1，容量保持率为76.4%。此外，组装的LiCoO₂//Li软包电池可以在0.1C和0.2C的倍率下各稳定循环100次。

ZhiyanWang, Lin Shen, Shungui Deng, Ping Cui, Xiayin Yao, 10 μm-ThickHigh-Strength Solid Polymer Electrolytes with Excellent InterfaceCompatibility for Flexible All-Solid-State Lithium-Metal Batteries,Adv. Mater., 2021, DOI:10.1002/adma.202100353

新型“Polymer-in-Salt”固态电解质助力高性能三维一体化固态锂电池

（刘金平团队，武汉理工）

武汉理工大学刘金平教授课题组报道了一种全新的高室温离子电导率的PVDF-HFP基PISSE，并提出将电解质渗透至3D电极中以实现充分的电极/电解质界面接触的新思路，进而构筑高性能的柔性一体化SSLB。其设计的PISSE在没有添加任何填料、交联剂以及特殊的结构设计情况下，仍展现出高的室温离子电导率（1.24×10^-4S cm^-1）、高的锂离子迁移数（0.53）、宽的电化学稳定窗口（4.7V），与锂金属有良好的界面兼容性，且可使高电压NCM523稳定循环。此外，组装的一体化SSLB展现出和液态电池相当的比容量、倍率性能和循环稳定性。本工作同时解决了聚合物电解质室温离子电导率低和电极/电解质界面接触差的问题，并为设计其他先进SSLBs提供了指导方法。

WenyiLiu, Chengjun Yi, Linpo Li, Shuailei Liu, Qiuyue Gui, Deliang Ba,Yuanyuan Li, Dongliang Peng and Jinping Liu, DesigningPolymer-in-Salt Electrolyte and Fully Infiltrated 3D Electrode forIntegrated Solid-State Lithium Batteries, Angew. Chem. Int. Ed.,2021, DOI:10.1002/anie.202101537.

可调控阴离子溶剂化的聚合物电解质助力5.4V高压长寿命双离子电池

（崔光磊团队，中科院青岛生物能源与过程研究所）

双离子电池因其经济性，工作电压高和输出功率大等优点而引起广泛关注。然而，一个长期存在却被忽视的问题是阴离子不完全去溶剂化，这不仅会影响电解液的氧化稳定性，还会造成溶剂共嵌入石墨正极。中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊课题组开发了一种富含季铵盐阳离子基团的具有“阴离子选择透过性”功能的聚合物电解质。通过光谱表征和理论计算证明了季铵盐阳离子基团可以与阴离子形成强静电作用，参与了阴离子的溶剂化结构，进而减弱阴离子和碳酸酯溶剂的相互作用，并在阴离子嵌入石墨过程中“锚定”溶剂分子，促进阴离子去溶剂化。本研究工作为调控阴离子溶剂化和抑制石墨剥离提供了新的解决方案，有助于推动双离子电池的商业化进程。

HongzhuJiang, Xiaoqi Han, Xiaofan Du, Zheng Chen, Chenglong Lu, Xintong Li,Huanrui Zhang,* Jingwen Zhao, Pengxian Han, Guanglei Cui*, AdvancedMaterials, 2021, https://doi.org/10.1002/adma.202108665.

低温聚合物电解质

（唐本忠团队，香港科技大学）

香港科技大学唐本忠院士和FrancescoCiucci教授通过添加凝固点在-88°C的丙酸甲酯（MP）增强电解质低温离子传输特性，进而开发出一种可适应低温条件工作准固体聚合物电解质（QSPE）。原位聚合的QSPE容易与电池结构集成，具有优异的离子电导率（-30°C下为1.0mScm^-1），并且与锂金属具有良好的相容性（Li|QSPE|Li>2000h）。Li|QSPE|LiFePO₄和高压Li|QSPE|LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂电池表现出优异的长期稳定性（室温下循环>2000次），并且可以在低温（-30°C）下稳定运行。以LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（14.5mgcm^-2）为正极的软包电池具有柔性、安全性和高容量。该QSPE的高性能归因于其独特的多层溶剂化结构有利于Li⁺快速传输以及稳定电极接触界面。本文新发展的电解质化学有助于实现实用高压、低温固态锂金属电池。

JingYu, Xidong Lin, Jiapeng Liu,Jacky T. T. Yu, Matthew J. Robson,Guodong Zhou, Ho M. Law, HaoranWang, Ben Zhong Tang, and FrancescoCiucci*, In situ fabricatedquasi-solid polymer electrolyte forhigh-energy-density lithium metalbattery capable of subzerooperation, AdvancedEnergy Material, DOI: 10.1002/aenm.202102932

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202102932

高离子电导率聚合物

（胡良兵团队&YueQi团队，马里兰大学）

美国布朗大学YueQi、美国马里兰大学胡良兵教授课题组探索了一种聚合物离子导体的设计策略，即扩展分子间聚合物结构，将Li⁺的输运与聚合物的节段弛豫解耦，从而获得高离子电导率。本工作表明，通过铜离子(Cu²⁺)与一维纤维素纳米纤维的配位，在通常离子绝缘的纤维素中，分子通道的开放可以使Li⁺离子沿着聚合物链快速传输。除了具有较高的Li⁺电导率外，Cu²⁺配位的纤维素离子导体还具有较高的迁移数(0.78，而其他聚合物仅为0.2~0.5)和较宽的电化学稳定窗口(0-4.5V)，可以同时容纳Li金属负极和高电压正极。这种一维离子导体还允许在厚的LiFePO₄固态正极中进行离子渗透，以应用于具有高能量密度的电池。此外，本工作还验证了这种分子通道工程方法与其他聚合物和阳离子的普适性，实现了类似的高电导率，其意义可能超越安全、高性能的固态电池范畴。

Yang,C., Wu, Q., Xie, W. et al. Copper-coordinated cellulose ionconductors for solid-state batteries. Nature 598, 590–596 (2021).https://doi.org/10.1038/s41586-021-03885-6

5um固体聚合物电解质实现高能量密度固态金属锂电池

（罗加严团队，上海交大）

为了保证SSB的高能量密度，要求固体电解质薄而轻，同时提供宽的电化学窗口与高压负极配对。然而，SSE厚度的减小和结构的精细可能会增加电池的安全风险，这不利于SSB的实际应用。为了证明具有足够安全保障的高能量密度SSB，上海交大罗加严团队提出了一种超薄(4.2µm)双层SSE，该SSE具有多孔陶瓷支架和双层Li+导电聚合物。阻燃刚性陶瓷支架提高了复合材料SSE的安全性和机械强度，双层聚合物结构增强了锂金属负极和高压正极的相容性。3D陶瓷有利于锂离子传导和调节锂沉积。因此，基于NCM811的正极获得了506Whkg⁻¹和1514WhL⁻¹的高能量密度，具有低N/P比和超过3000h的长寿命。

FeiHe,Wenjing T ang, Xinyue Zhang, Lijun Deng, and Jiayan Luo* HighEnergyDensity Solid State Lithium Metal Batteries Enabled by Sub-5µm SolidPolymer Electrolytes,Adv. Mater. 2021, 2105329

DOI:10.1002/adma.202105329

https://onlinelibrary.wiley.com/10.1002/adma.202105329

一种通用的液相化学法合成固态卤化物电解质

（孙学良团队，加拿大西安大略大学）

为克服卤化物前驱体（MX₃.nH₂O）在热解过程中的变成M-O-Cl杂质，加拿大西安大略大学孙学良院士课题组联合国联汽车动力电池研究院（国家动力电池创新中心）王建涛教授等人提出了一种通用的铵辅助湿化学法来合成固态卤化物电解质。研究发现铵根离子会和三价金属卤化物形成一个中间体(NH₄)₃[MCl₆]，在热解过程中成功地抑制M-O-Cl杂质的生成。工业上，这个铵辅助的化学（a.k.a,ammonium chlorideroute）已经广泛地用来生产生产无水MCl₃。另外，铵辅助的湿化学是一个通用的策略，可以在液相中得到各种各样的卤化物电解质，本研究中作者通过的通过铵辅助的湿化学合成得到了高纯度的Li₃YCl₆，Li₃YBr₆,Li₃ErCl₆, Li₃ScCl₆,其室温离子导可高达1mS/cm。更有趣的是，研究发现微应变引起的局部微观结构变化有利于卤化物电解质中的Li⁺ 传输。此外，通过将混合的电子/离子导电界面转变为Li⁺导电界面，克服了卤化物电解质和锂金属之间的界面不相容性。基于卤化物的全固态锂金属电池（ASSLMB）显示出139.1 mAh g^-1 的高初始容量和98.1%的首次库仑效率（基于LiCoO₂ ）。另外，采用单晶LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂的 全固态锂金属电池的首次放电比容量高达166.9mAh g^-1 。这项工作从材料合成和界面设计的角度为开发卤化物基全固态金属锂电池提供了通用的策略。

C.Wang, J. Liang, J. Luo, J. Liu, X. Li, F. Zhao, R. Li, H. Huang, S.Zhao, L. Zhang, J. Wang, X. Sun, A universal wet-chemistry synthesisof solid-state halide electrolytes for all-solid-state lithium-metalbatteries, Sci. Adv., 2021.

双卤素固态电解质助力高压全固态锂离子电池

（孙学良团队&莫一非团队&Tsun-KongSham团队，马里兰大学）

加拿大西安大略大学孙学良院士，Tsun-KongSham院士联合和美国马里兰大学莫一非教授课题组报道了一种含F的双卤素Li₃InCl_4.8F_1.2固态电解质用于高电压全固态锂离子电池。具体来说，F替代快离子导体Li₃InCl₆中的部分Cl以形成新的双卤素固体电解质Li₃InCl_4.8F_1.2。随着F 的加入，Li₃InCl_4.8F_1.2电解质变得致密，并保持在10^-4S cm^-1 以上的室温离子电导率。它表现出超过6V（vs.Li/Li⁺）的高氧化上限，可用作正极电解质实现高电压全固态锂离子电池的稳定循环。此外，关于该电解质氧化稳定性的机理也被深入挖掘。同步辐射，第一性计算以及电化学实验相结合，共同确定了Li₃InCl_4.8F_1.2的氧化稳定性得益于其原位生成的含F钝化层界面。该工作为具有高氧化稳定性的固态电解质提供了一种新的设计策略，为全固态锂离子电池在高电压下运行做了铺垫。

ShuminZhang, Feipeng Zhao, Shuo Wang, Jianwen Liang, Jian Wang, ChanghongWang, Hao Zhang, Keegan Adair, Weihan Li, Minsi Li, Hui Duan, YangZhao, Ruizhi Yu, Ruying Li, Huan Huang, Li Zhang, Shangqian Zhao,Shigang Lu, Tsun-Kong Sham,* Yifei Mo,* and Xueliang Sun*. Adv.Energy. Mater, 2021 DOI: 10.1002/aenm. 202100836