硫化物電解質全固態電池的5V級薄膜

硫化物電解質全固態電池的5V級薄膜

通過脈沖激光沉積法將5V級LiNi0.5Mn1.5O4的正極顆粒涂覆在Li3PO4薄膜上。這種涂層可以顯著降低Li2S-P2S5硫化物電解質全固態電池充電過程中電極與電解質界面之間的電阻。同時，使用這種薄膜的電池還可以作為可再充電電池工作，其能在4.7V的高電壓下具有62mAh/g的可逆電容量。

圖1顯示了通過無定形Li3PO4薄膜改性后，LiNi0.5Mn1.5O4顆粒的掃描電子顯微鏡圖（SEM）和能量色散X射線分析映射圖（EDX）。由圖中得知，單個LiNi0.5Mn1.5O4顆粒的尺寸約為5μm，其晶體一般為8面體，其中P的映射面積與Ni和Mn重疊。

圖2顯示出了涂覆LiNi0.5Mn1.5O4顆粒的Li3PO4薄膜的橫截面掃描電子顯微鏡圖（SEM）。由圖中可看出，涂覆LiNi0.5Mn1.5O4顆粒的Li3PO4薄膜厚約100nm。Li3PO4薄膜表面與所涂覆的LiNi0.5Mn1.5O4顆粒密切接觸。

圖1 Li3PO涂層顆粒LiNi0.5Mn1.5O4的掃描電子顯微鏡圖和能量色散X射線分析映射（Ni、Mn和P）圖

圖3顯示了充電電壓為4.8V時該電池的奈奎斯特圖，并顯示了該曲線的放大圖像。由圖中可看出，該電池在高、中、低頻區域有3個電阻分量：高頻區的電阻（約140Ω）被鑒定為固態電解質層的電阻，即為圖像中半圓形曲線頂點處（峰值頻率1kHz）的界面電阻；低頻區域的電阻即為圖像中峰值頻率為0.1Hz時對應的Li-In負極電阻；其它則為中頻區域的電阻。然而，使用未涂覆LiNi0.5Mn1.5O4顆粒薄膜的電池，只在高頻和低頻區域中顯示出2個電阻分量：其高頻區域的電阻與涂覆LiNi0.5Mn1.5O4顆粒薄膜的電池相同；低頻區域的電阻即為峰值頻率約1Hz處對應的電阻。因此，可得出涂覆LiNi0.5Mn1.5O4顆粒薄膜的電池總電阻（約350Ω），明顯小于未涂覆LiNi0.5Mn1.5O4顆粒薄膜的電池電阻（約15000Ω）。

刊名：Solid State Ionics（英）刊期：2016年第285期

作者：Yubuchi S et al

編譯：陳少帥