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全固態(tài)鋰硫電池又迎來(lái)新突破

全固態(tài)鋰硫電池又迎來(lái)新突破

編輯:轉(zhuǎn)自:電池世界在線(xiàn) 發(fā)布時(shí)間:2025-06-20

近日,美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室徐桂良研究員、Khalil Amine教授等人在Science上發(fā)表了題為“Halide segregation to boost all-solid-state lithium-chalcogen batteries”的論文,報(bào)道了在各種含鹵素的固態(tài)電解質(zhì)和高能量硫族化合物正極材料之間,通過(guò)超高轉(zhuǎn)速(UHS)混合過(guò)程中的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的界面處鹵化物的普遍分離現(xiàn)象。

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具體看來(lái),受混合鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中光誘導(dǎo)相分離的啟發(fā),研究人員觀察到在一系列含鹵素的SSEs和高能量硫族(S、Se、SeS2、Te)正極材料之間,通過(guò)2000 rpm的超高轉(zhuǎn)速混合實(shí)現(xiàn)了普遍的鹵化物分離。

UHS混合產(chǎn)生的熱沖擊和剪切破碎的協(xié)同效應(yīng),使得在混合過(guò)程中能夠誘導(dǎo)機(jī)械化學(xué)反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)從含鹵素的SSEs中分離鹵化物,并在正極顆粒上均勻沉積。這種結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了電荷傳輸動(dòng)力學(xué),提高了界面穩(wěn)定性,并減輕了固態(tài)電池的機(jī)械故障。

使用低溫透射電子顯微鏡和同步輻射X射線(xiàn)衍射和光譜技術(shù)證實(shí)了鹵化物偏析的形成和有效性。

制備的各種ASSLSBs在商業(yè)水平的面積容量下表現(xiàn)出接近100%的硫利用率和非凡的循環(huán)穩(wěn)定性。

接近100%的硫利用率是什么概念?據(jù)了解,盡管固態(tài)電解質(zhì)(SSEs)的室溫離子電導(dǎo)率已取得進(jìn)展,但電池性能仍受限于電極-SSE界面的電荷傳輸和化學(xué)機(jī)械穩(wěn)定性。硫的電子和離子導(dǎo)電性差、體積膨脹大(約80%),導(dǎo)致循環(huán)后固-固界面的化學(xué)機(jī)械失效。目前改善ASSLSB電池性能的策略包括納米結(jié)構(gòu)主體、催化劑、添加劑、摻雜、原子層沉積涂層和新的SSE,這些方法仍然存在界面離子傳輸緩慢的問(wèn)題,導(dǎo)致硫利用率低(≤80%)和循環(huán)壽命不足。

如今新的技術(shù),解決了硫利用率低及循環(huán)壽命不足的問(wèn)題。


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