南京大学周豪慎，Angew！全固态电池新进展！

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-12-01 08:18

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全固态电池（ASSBs），尤其是那些采用无锂负极甚至无负极构型的电池，因其高安全性和高能量密度而受到广泛关注。然而，在没有锂库存的情况下，化学机械降解通常会降低无锂负极全固态电池的循环寿命和能量。

在此， 南京大学周豪慎团队 开发了预锂化剂Li ₅ FeO ₄ （LFO）涂覆富镍层状氧化物，作为无锂负极ASSBs正极。涂覆的LFO可作为界面保护层，防止高度氧化的富镍正极与硫化物固态电解质（SSE）发生反应，减轻富镍正极的结构降解和SSE的分解，从而实现出色的循环寿命。在无锂负极ASSBs的正极涂覆LFO后，可逆容量从174.7 mAh g ^-1 提高到199.7 mAh g ^-1 ，100次循环后的容量保持率从33.8%提高到84.8%。

此外，配备LFO-NCM正极的无锂铟层负极全固态软包电池实现了106.2 mAh的可逆容量。基于LFO-NCM正极的无锂硅负极全固态软包电池可以获得1.1 Ah的放电容量和高达440 Wh kg ⁻¹ 的高能量密度（基于复合正极、无锂硅负极和SSE膜的总质量）。

图1. 无锂负极全固态电池（ASSBs）的正极设计策略

总之，该工作认为在NCM811正极表面涂覆预锂化剂LFO既可以作为预锂化剂补偿无锂负极ASSB中活性锂的快速耗竭，又可以作为NCM811和LPSC之间的保护层抑制NCM811的结构降解和LPSC的分解。

研究表明，涂覆的LFO层可作为界面保护层，减少高氧化性正极和固体电解质之间的副反应，有效减轻SSE的分解和NCM811的结构降解。得益于涂覆的LFO作为预锂化剂和界面保护层的双重功能，电池的可逆容量达到199.7 mAh g ^-1 ，循环100次后容量保持率为84.8%，在截止电压为4.5 V时也能表现出优异的循环性能。

此外，配备LFO-NCM正极的无锂铟层负极全固态软包电池实现了106.2 mAh的可逆容量，并在100次循环后保持可逆（脱）锂。配备LFO-NCM正极的无锂硅负极全固态软包电池可获得1.1 Ah的放电容量和高达440 Wh kg ^-1 的高能量密度。因此，对使用无锂负极和硫化物基SSEs的ASSBs而言，要获得高能量密度和稳定的循环寿命，必须同时使用预锂化剂和保护层。