全固態電池（ASSB）由于其高能量密度和安全性，已被廣泛認為是關鍵的下一代儲能技術。然而，由于鹵化物SEs的大顆粒尺寸導致的不良界面接觸和離子傳輸，在高正極負載下的穩定循環很難實現。

在此，中科院物理所吳凡教授團隊首次利用冷凍干燥技術（FD法）合成了80%粒徑小于200 nm的Li₃InCl₆ SE，大大提高了復合正極的電荷傳輸能力和ASSB的整體界面接觸。

FD法可以在電解質溶液凍結成固體時去除溶劑，有效解決溶液熱蒸發過程中顆粒碰撞和高溫導致的粒徑增大問題。80.77%的FD200 SE顆粒位于0 ~ 200 nm范圍內，分布在200 ~ 400 nm和400 ~ 600 nm的分別只有15.38%和3.85%，而不使用FD200 SE的顆粒大于600nm。粒徑小、粒徑分布均勻降低了SE層界面粗糙度，有效減小了界面之間的接觸間隙。

此外，它可以極大地改善正極復合材料中的遷移動力學，產生更均勻的電流分布，從而極大地抑制界面電化學-機械應力對ASSBs的損害。

圖1. NCM90-Li₃InCl₆/Li₃InCl₆/Li₆PS₅Cl/Li在不同SE（FD200、FD300、FD400）下的電化學性能

研究表明，具有LCO/NCM90正極和FD200 SE的ASSB具有良好的電化學性能。特別是，NCM90的ASSB顯示出30000次循環的超長壽命，在20C (9.98 mA/cm²)下容量保持70%。

循環壽命和電流密度都超過了文獻中鹵化物SEs的ASSB的最高報告值(3000次循環，3.36 mA/cm²)。此外，該復合正極可實現49 C的超高充電速率和95%的CAM比例。

最后，FD200 SE與氧化物正極材料具有出色的兼容性并且其合成工藝對環境友好易于大規模生產可滿足對下一代儲能系統日益增長的需求。

圖2. 不同SEs的NCM90-Li₃InCl_6/Li₃InCl₆/Li₆PS₅Cl/Li倍率容量及長循環性能

High-Areal-Capacity and Long-Cycle-Life All-Solid-State Battery Enabled By Freeze Drying Technolog，Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee00420a