全固態(tài)鋰電池合金電極和硫化物基固態(tài)電解質(zhì)的界面反應研究

全固態(tài)鋰電池合金電極和硫化物基固態(tài)電解質(zhì)的界面反應研究

研究了一種固態(tài)鋰電池電極與電解質(zhì)之間的界面反應，采用硫化物基固態(tài)電解質(zhì)，用各種Li4-xGe1-xPxS4和Liy-M（M=Sn、Si）合金作為負極，試驗通過使用交流阻抗、X射線衍射和能量色散X射線光譜來進行研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在界面區(qū)域的固態(tài)電解質(zhì)通過電池施加電流而分解，從而導致固態(tài)電解質(zhì)薄膜（SEI）形成。界面處的電阻率變化取決于負極材料的電解質(zhì)組成和氧化還原電位（相對于Li/Li+）。由于電化學穩(wěn)定性高的SEI膜的形成，固態(tài)電解質(zhì)中存在較低的Ge（鍺）含量和較高氧化還原電位的Li-M合金，因此電池SEI具有較低的電阻。如果Ge含量較高或合金的氧化還原電位較低，則電池SEI的電阻會快速增加，并且其厚度也會隨之增加。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，在界面區(qū)域存在的具有低離子電導率的Li-P-S化合物與界面電阻的增加有關(guān)?？傊?，合適SEI膜的形成是全固態(tài)電池未來發(fā)展的重要因素，通過選擇合適的電極和電解質(zhì)材料對界面進行優(yōu)化，這對于全固態(tài)電池的未來發(fā)展至關(guān)重要。研究闡明了SEI的形成以及電極的氧化還原電位，以及與硫化物基固態(tài)電解質(zhì)之間的關(guān)系，研究得到的結(jié)果可概括如下。

（1）由于在電池反應期間，Li4-xGe1-xPxS4結(jié)構(gòu)中的Ge不穩(wěn)定，固態(tài)電解質(zhì)中Li4-xGe-xPxS4的x值越小，SEI膜的厚度越大。

（2）使用具有較高氧化還原電位（Li/Li+）的Liy-M（M=Sn、Si）合金電極可以產(chǎn)生較小的界面電阻。

（3）SEI的形成是在電極與電解質(zhì)的界面處，通過電解質(zhì)分解產(chǎn)生的Li-P-S化合物，并且可能導致SEI電阻增加。

刊名：Solid State Ionics（英）

刊期：2016年第285期

作者：Sakuma Masamitsu et al

編譯：陳少帥