硫銀鍺礦型Li₆PS₅Cl（LPSCl）具有高離子導(dǎo)電性和良好的機(jī)械柔韌性，因此作為全固態(tài)電池（ASSB）的固態(tài)電解質(zhì)備受關(guān)注。然而，LPSCl在將研究成果轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用方面仍面臨挑戰(zhàn)，例如LPSCl與陰極材料之間的界面存在不可逆的電化學(xué)降解。

圖1.?具有TMS-SH的LPSCl的合成和表征

首爾大學(xué)Kyu Tae Lee等受鋰離子電池電解液添加劑作用的啟發(fā)，引入了三甲基硅化合物作為固態(tài)電解質(zhì)添加劑，以改善硫化物基固天電解質(zhì)與陰極材料之間的界面穩(wěn)定性。具體而言，這項工作選擇了硫醇化合物（如TMS-SH），以在LPSCl表面均勻而薄地沉積固態(tài)電解質(zhì)添加劑。

研究顯示，TMS-SH在約4.2 V的電壓下被氧化分解，形成穩(wěn)定的硅酸鹽基CEI層。在循環(huán)過程中，這種穩(wěn)定的CEI層抑制了LPSCl和LiCoO₂之間界面的化學(xué)和電化學(xué)降解，各種原位XPS、TOF-SIMS和電化學(xué)分析都證明了這一點。

圖2.?具有TMS-SH的LPSCl的晶體結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性

因此，TMS-SH為Li|LPSCl|LiCoO₂帶來了優(yōu)異的電化學(xué)性能，如超過2000次循環(huán)的超長循環(huán)壽命（2000次循環(huán)后容量保持率為85.0%）和高庫侖效率（2000次循環(huán)后庫侖效率大于99.9%）。

此外，與裸LPSCl相比，TMS-SH提高了LPSCl在干氧環(huán)境中的化學(xué)穩(wěn)定性。由于工業(yè)中ASSB的電池組裝是在干燥的空氣環(huán)境中進(jìn)行的，因此TMS-SH添加劑不僅在電化學(xué)性能方面，而且在工業(yè)實用性方面都顯示出了前景。這些發(fā)現(xiàn)為開發(fā)用于ASSB的實用硫代磷酸基固態(tài)電解質(zhì)提供了啟示。

圖3.?ASSBs的電化學(xué)性能

Trimethylsilyl Compounds for the Interfacial Stabilization of Thiophosphate-Based Solid Electrolytes in All-Solid-State Batteries. Advanced Science 2023. DOI：10.1002/advs.202303308