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吳凡AM: 用于高性能全固態(tài)電池的具有超高水分穩(wěn)定性和離子導電性的氣相合成硫化物電解質(zhì)

硫化物固體電解質(zhì)（SEs）因其優(yōu)異的離子電導率和卓越的延展性而被公認為全固態(tài)電池（ASSBs）最有前途的候選材料之一。然而，空氣穩(wěn)定性差、合成工藝復雜、收率低、生產(chǎn)成本高等問題阻礙了硫化物SEs的大規(guī)模應用。

中科院物理所吳凡研究員等人報道了一種在環(huán)境空氣中用氧化物原料一步氣相合成硫化物固體電解質(zhì)的方法，完全擺脫了手套箱，從而使大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。

通過調(diào)整取代元素和濃度，Li_4-xSn_1-xM_xS₄的離子電導率可以達到2.45 mS cm^-1，這代表了所有報告的在潮濕空氣中穩(wěn)定和可回收的鋰離子硫化物固體電解質(zhì)中的最高值。

圖1. 常規(guī)固相法與一步氣相法合成工藝的比較

此外，具有空氣/水暴露和中溫處理的 Li_3.875Sn_0.875As_0.125S₄ 的ASSBs保持著優(yōu)異的性能，具有最高的可逆容量（188.4 mAh g^-1）和最長的循環(huán)壽命（210次循環(huán)），這也打破了記錄。因此，這可能成為硫化物ASSBs向其實際應用和商業(yè)化發(fā)展過程中最關鍵的突破之一。

圖2. 該研究與文獻中報道的性能比較

Superior All-Solid-State Batteries Enabled by a Gas-Phase-Synthesized Sulfide Electrolyte with Ultrahigh Moisture Stability and Ionic Conductivity. Advanced Materials. 2021. DOI: 10.1002/adma.202100921

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