顆粒在線訊：研究背景

隨著鋰離子電池的推廣，傳統(tǒng)鋰離子電池，由于采用有機電解液，其安全問題受到越來越多的關(guān)注和擔(dān)憂。全固態(tài)鋰離子電池由于高安全性、高能量密度等優(yōu)點被認(rèn)為是具有潛力的常規(guī)鋰離子電池的替代品。

其中，硫化物基固態(tài)電解質(zhì)憑借著制備工藝簡單、機械性能好、離子電導(dǎo)率高等優(yōu)勢是富有可產(chǎn)業(yè)化前景的固態(tài)電解質(zhì)。然而，電極材料與固態(tài)電解質(zhì)之間不匹配性限制了全固態(tài)鋰離子電池的進一步發(fā)展。

在此，本論文發(fā)現(xiàn)SnS在碳熱還原效應(yīng)下會發(fā)生遷移，進而產(chǎn)生S缺陷。而S缺陷的產(chǎn)生有利于電極材料與固態(tài)電解質(zhì)界面的穩(wěn)定，從而獲得了高性能的全固態(tài)鋰離子電池。

文章簡介

本文中，來自福州大學(xué)的魏明燈教授，黃淑萍教授與日本國立長崎大學(xué)的森口勇教授合作，在國際知名期刊Chemical Engineering Journal上發(fā)表題為“Regulating the effects of SnS shrinkage in all-solid-state lithium-ion batteries with excellent electrochemical performance”的觀點文章。

該觀點文章分析了SnS的收縮現(xiàn)象，進而增強了電極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性。

圖 1. 不同溫度下獲得的SnS的EDS 和EELS譜圖

文章要點

要點一：SnS的收縮現(xiàn)象

如圖1所示，通過對比相同含碳量，不同溫度下樣品的元素分布圖 (1-SnS-400, 1-SnS-500和1-SnS-600), 可以發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，SnS的收縮現(xiàn)象越明顯。Sn元素的分布向內(nèi)部遷移明顯，從而產(chǎn)生了S 缺陷，說明制備溫度的升高有利于缺陷的產(chǎn)生。

而對比相同溫度和不同含碳量的樣品(1-SnS-400和2-SnS-400), 可以發(fā)現(xiàn)，碳含量的增加也同樣有助于缺陷的產(chǎn)生。

要點二：SnS和固態(tài)電解質(zhì)之間的匹配性

將獲得不同樣品進行全固態(tài)鋰離子電池的組裝，研究結(jié)果表明：缺陷濃度的增加，有利于獲得SnS與固態(tài)電解質(zhì)之間穩(wěn)定的電化學(xué)性能。

因此，本篇中樣品1-SnS-600和2-SnS-400的循環(huán)穩(wěn)定性最好，即：缺陷的濃度增加有利于增強SnS與固態(tài)電解質(zhì)之間的匹配性。

要點三：前瞻

當(dāng)前對固態(tài)電解質(zhì)與電極材料之間的匹配性問題還在探索當(dāng)中。相比于常規(guī)鋰離子電池，全固態(tài)鋰離子已開發(fā)的負(fù)極材料很少。對材料進行缺陷引入也為以后的電極材料的設(shè)計提供一個思路。

文章鏈接

Regulating the effects of SnS shrinkage in all-solid-state lithium-ion batteries with excellent electrochemical performance

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132424