硫化物固態(tài)電解質(zhì)Li1100GeP2S1122與鋰金屬間界面穩(wěn)定性的改善研究

周墨林，蔣 欣，易 婷，楊向光，張一波

（1.寧德新能源科技有限公司研究院,2.先進(jìn)產(chǎn)品開發(fā)部,寧德352000；3.廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,廈門361005；4.中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所,稀土資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)春130022）

鋰離子電池具有能量密度高、功率密度大和循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已幾乎壟斷了3C消費(fèi)類電子市場(chǎng)［1］.鋰離子電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用增長(zhǎng)迅速.然而，由于使用了燃點(diǎn)較低的有機(jī)酯類電解液，傳統(tǒng)的鋰離子電池存在非常大的安全隱患，限制了其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用［2～4］.全固態(tài)鋰電池借助于具有高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行鋰離子傳導(dǎo)，極大提升了電池的安全性并有望實(shí)現(xiàn)更高的能量密度，因此受到了廣泛關(guān)注［5～14］.

固態(tài)電解質(zhì)作為全固態(tài)鋰電池中的關(guān)鍵材料，其特性對(duì)全固態(tài)鋰電池的安全性能、倍率性能和循環(huán)性能等具有決定性的影響［15～20］.在已報(bào)道的固態(tài)電解質(zhì)中，硫化物憑借其極高的離子電導(dǎo)率，較好的熱穩(wěn)定性和柔韌性，被認(rèn)為是最有希望大規(guī)模實(shí)用化的一類材料.2001年，Kanno等［21］報(bào)道了首例硫化物晶態(tài)固態(tài)電解質(zhì)Li4-xGe1-xPxS4，其室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到了2.2×10-3S/cm，同時(shí)對(duì)鋰金屬穩(wěn)定，且500 ℃以下物相穩(wěn)定，無相變.2011年，Kamaya等［22］報(bào)道了一種具有鋰離子三維擴(kuò)散通道的硫化物固態(tài)電解質(zhì)Li10GeP2S12（LGPS），其室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)12 mS/cm，幾乎可媲美于傳統(tǒng)的有機(jī)電解液，且該材料具有寬約5 V的電化學(xué)窗口.

Ceder等［23］通過第一性原理計(jì)算指出，盡管LGPS具有超高的離子電導(dǎo)率，但該材料在熱力學(xué)上對(duì)……