北京大學(xué)龐全全最新Nature：超快充全固態(tài)電池

01 【導讀】 開(kāi)發(fā)全固態(tài)電池在信息技術(shù)、移動(dòng)通信和電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用，其具有高安全性和比能量。其中，基于層狀金屬氧化物(LMO)正極的全固態(tài)電池具有廣泛的吸引力，但LMO在高電位下與固態(tài)電解質(zhì)(SE)的不可逆副生反應以及富鎳LMO的化學(xué)-機械降解阻礙了其長(cháng)期穩定性和倍率性能。ASSLSB(全固態(tài)鋰硫電池)以其高比能量在原則上可以消除一些這些挑戰，適中的電位不會(huì )導致SEs的顯著(zhù)氧化，也不會(huì )在充電時(shí)釋放活性氧威脅熱安全，因此有望實(shí)現更高的固有安全性，且使用SEs還可以進(jìn)一步消除液態(tài)電解質(zhì)基Li–S電池中存在的臭名昭著(zhù)的多硫化物穿梭現象。然而，ASSLSBs一直受到較差的倍率性能和循環(huán)壽命的困擾，元素硫和Li2S的固態(tài)-固態(tài)-固態(tài)反應(SSSRR)非常緩慢。由于這兩種活性材料都是電子絕緣體，反應只能在SE|活性材料|碳的三相邊界處發(fā)生。由于三相邊界位點(diǎn)的密度通常遠低于兩相邊界位點(diǎn)的密度，反應在空間上高度受限，挑戰了有效的固-固電荷轉移。通過(guò)引入功能添加劑到正極中，如Cu、LiVS2和改性碳，已經(jīng)做出了顯著(zhù)努力，但由“全固三相邊界”挑戰引起的不良動(dòng)力學(xué)問(wèn)題并未完全解決。此外，使用Li2S作為活性材料可能會(huì )給電極制造帶來(lái)技術(shù)挑戰。 02 【成果掠影】 在此，北京大學(xué)龐全全團隊(通訊作者)展示了使用LBPSI玻璃態(tài)固態(tài)電解質(zhì)(GSEs)實(shí)現的快速SSSRR和高循環(huán)穩定性。與使用額外的電子介導劑不同，電解質(zhì)本身被配制為含有氧化還原活性碘，使其作為表面氧化還原介導劑促進(jìn)Li2S顆粒的氧化。在充電時(shí)，SE表面上的碘陰離子可以在SE|C邊界處被電化學(xué)氧化為I2和I3?(表示為I2/I3-)，隨后化學(xué)氧化接觸中的Li2S。值得注意的是，這種基于SE表面的氧化還原介導過(guò)程使得反應可以在SE|Li2S兩相邊界處發(fā)生，否則該邊界是不活躍的，但其數量遠多于所需的SE|Li2S|C三相邊界。配制的電解質(zhì)傾向于形成玻璃，這使得碘的可逆氧化還原反應得以實(shí)現，而不是持續的SE降解。 基于這一機制，ASSLSB展現出超快充電能力，在2C(30℃)充電時(shí)硫的比容量高達1497mAh/g，而在20C時(shí)仍可保持784mAh/g。值得注意的是，在 60℃的極端條件下，以150C的倍率充電時(shí)，硫的比容量可達432mAh/g。此外，該電池在5C(25