30 / 2021-10-26 21:31:32

硫化物固体电解质薄膜提高金属锂电极沉积稳定性

Li3PS4,硫化物固态电解质薄膜,锂电极沉积

锂金属因其具有高理论容量（3860 mA h g^-1）和低电化学电位（-3.04 V vs 标准氢电极）而被电池研究者广泛关注。然而，锂金属电极存在易被电解液腐蚀、沉积/剥离不均匀、容易形成死锂和枝晶的问题。本研究通过湿化学技术合成了与金属锂具有良好化学相容性的Li₃PS₄固体电解质溶胶，进而采用旋涂工艺在锂金属表面沉积厚度650 nm的Li₃PS₄的硫化物固态电解质薄膜。该薄膜具有高致密度和良好的离子电导率，不仅可以减少锂金属与电解液的直接接触，而且可以促进电化学过程中锂在电极表面的快速均匀形核。在锂/锂对称电池测试中，Li₃PS₄薄膜保护的锂金属可以在1 mA cm^-2电流密度下稳定循环约800 h，滞后电压约为20 mV，而采用未保护锂金属的对称电池在300 h后失稳。此外，在Li-S电池中，Li₃PS₄薄膜亦表现出对对金属锂的有效保护，是电池1C倍率长循环800圈后仍可保持551 mA h g^-1的比容量。本研究中Li₃PS₄硫化物固态电解质薄膜有效提高了锂金属电极沉积的稳定性，为锂金属电池的改进提供了新的策略。