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硫化物全固态电池新突破:非晶锂助力低温长循环和高倍率

硫化物全固态电池新突破:非晶锂助力低温长循环和高倍率

锂金属负极凭借其高比容量和极低电极电势,被视为全固态锂金属电池领域中负极材料的关键。然而全固态锂金属负极的商业化进程长期受阻,主要源于循环充放电过程中严重的界面反应及负极表面晶态锂枝晶的持续生长,这可能导致电池失效。且对于全固态锂金属电池,尽管其安全性高,但由于电解质-电极界面相容性差,通常会导致性能显著下降。因此,防止锂枝晶形成并增强界面处的锂离子传输动力学对于维持固态电池的高性能至关重要。

近日,深圳理工大学杨文和北京理工大学张磊宁团队本研究通过在Li5.5PS4.5Cl1.5(LPSCl)电解质中引入聚多巴胺(PDA),成功抑制了锂晶体的成核与生长。经过充电过程后,获得了一层均匀分布的非晶态锂层,并伴随大量氢氧化锂纳米晶体。实验观察和理论计算均证实,PDA产生的羟基自由基对于防止锂枝晶形成至关重要。此外,PDA包覆的LPSCl颗粒在电化学循环过程中促进了有机-无机杂化SEI的形成,从而增强了界面机械完整性并提高了Li+传导性。与传统锂离子电池相比,基于PDA1%的LPSCl电池在0.8C倍率下经过1000次循环仍保持80.0%的容量,展现出更优异的电化学性能。此外,该电池在-30℃(0.1C)条件下可提供157.6 mAh g-1,表现出卓越的低温操作性能,这项工作为提升未来电池技术的性能提供了可靠性宝贵见解。相关成果以“Lithium dendrite prevention for wide-temperature-range solid-state batteries”为题,发表在国际顶级期刊Materials Science & Engineering上,肖益蓉博士为本文第一作者。



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