中國(guó)粉體網(wǎng)訊 為了解決當(dāng)下基于液態(tài)電解液的鋰離子電池能量密度低，安全性不高的問(wèn)題，研究者提出發(fā)展新型的基于硫化物基電解質(zhì)的全固態(tài)鋰金屬電池。然而，對(duì)于硫化物電解質(zhì)，目前有兩大問(wèn)題正阻礙其進(jìn)一步發(fā)展。
一、鋰金屬負(fù)極兼容性差。幾乎所有的被報(bào)道的硫化物電解質(zhì)都會(huì)被金屬鋰還原。另外，因?yàn)樵诹蚧?金屬鋰界面不穩(wěn)定的鋰沉積，同樣會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶，而使得電池失效。
二、空氣不穩(wěn)定性。因?yàn)榱蚧镫娊赓|(zhì)中正五價(jià)的磷（P）對(duì)空氣中的氧（O）具有非常強(qiáng)的親和力，所以硫化物電解質(zhì)在空氣中能與水反應(yīng)，從而放出硫化氫（H2S）氣體。
為了緩解硫化物/鋰負(fù)極界面的不兼容性，研究者曾多次報(bào)道富含I或者是F的鋰負(fù)極界面層有益于金屬鋰發(fā)生穩(wěn)定的沉積/去沉積。特別是當(dāng)電解質(zhì)本身就含I時(shí)，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，原位形成的含I界面層能夠起到非常好的鋰負(fù)極保護(hù)作用。但是目前，合成具有優(yōu)異的室溫離子電導(dǎo)率（>10-4 S/cm），同時(shí)又具有良好的空氣穩(wěn)定性的硫化物電解質(zhì)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。從目前報(bào)道的文獻(xiàn)來(lái)看，基于Li-Sn-S體系的一類電解質(zhì)（Li4SnS4 和Li2SnS3）是僅有的一類在空氣中能夠穩(wěn)定存在的硫化物電解質(zhì)（導(dǎo)鋰離子），但是其室溫離子電導(dǎo)率只位于10-5 S/cm級(jí)別。硫銀鍺礦型的Li6PS5I（LPSI）硫化物電解質(zhì)，本身富含I，因而被認(rèn)為具有不錯(cuò)的鋰金屬兼容性。但是，其室溫離子電導(dǎo)率只有~10-6 S/cm。另外，與其他硫化物一樣，其在空氣中也不穩(wěn)定。
加拿大西安大略大學(xué)孫學(xué)良教授課題組運(yùn)用錫（Sn）部分替換了硫銀鍺礦型LPSI硫化物電解質(zhì)中的磷（P），制備了新型的具有Sn替換的固態(tài)電解質(zhì)：LPSI-xSn（x是Sn替換百分比）。
多方面測(cè)試結(jié)果顯示：LPSI-20Sn電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率與LPSI電解質(zhì)相比，提高了125倍，達(dá)到了3.5×10-4 S/cm。高離子電導(dǎo)率讓這一富含碘（I）元素的電解質(zhì)能夠用作穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極夾層，使得全固態(tài)鋰金屬電池在室溫下就能順利工作。更加重要的是，得益于在空氣中能夠穩(wěn)定存在的Sn-S鍵，該硫化物電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性也得到了顯著的提升。這一一舉三得的元素替換策略為我們繼續(xù)探索、開(kāi)發(fā)新型的高性能硫化物電解質(zhì)提供了新的指導(dǎo)思想。相關(guān)論文在線發(fā)表在最近一期Advanced Energy Materials上 。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）
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