固態(tài)電解質(zhì)（SEs）的電化學(xué)窗口在設(shè)計(jì)高能量密度全固態(tài)電池（ASSB）中的活性材料-SE界面方面起著至關(guān)重要的作用。然而，由于SEs的電化學(xué)窗口被高估，尚未研究單個(gè)活性材料的合適電化學(xué)窗口。

日本大阪府立大學(xué)Atsushi Sakuda、Akitoshi Hayashi等探討了SEs的氧化穩(wěn)定性與基于Li₂S正極的ASSBs放電容量之間的關(guān)系。

圖1 該研究采用的實(shí)驗(yàn)過程

作者對(duì)幾種鋰鹽的氧化穩(wěn)定性進(jìn)行了檢查，以驗(yàn)證其作為SE的適用性，并且硫化物L(fēng)i₃PS₄（LPS）的容量的貢獻(xiàn)被認(rèn)為可以忽略不計(jì)。在鋰離子電池中，通過線性掃描伏安法（LSV）中的起始氧化電壓（OOV）測定液態(tài)電解質(zhì)的氧化穩(wěn)定性，以討論初始電解質(zhì)電化學(xué)分解反應(yīng)及其控制因素。

同樣，SE–C納米復(fù)合材料的SE氧化穩(wěn)定性通過LSV中的OOV進(jìn)行表征，而ASSBs放電容量則使用包含Li₂S和SE–C復(fù)合材料的正極進(jìn)行測量。

圖2 具有普通正極和設(shè)計(jì)正極的ASSBs的特性

研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)測定的OOVs用作SE氧化穩(wěn)定性的指標(biāo)，與之前第一性原理計(jì)算預(yù)測的結(jié)果吻合良好。當(dāng)使用的SE的OOV大于2.6 V時(shí)（比Li₂S高0.2 V），采用Li₂S正極的ASSB的容量顯著增加至1000 mAh g^?1。使用具有高OOV的SE的Li₂S的放電容量取決于SE的離子電導(dǎo)率。

結(jié)果，使用具有臨界OOV和電導(dǎo)率的贗二元鋰氧酸鹽開發(fā)的高 Li₂S 含量正極表現(xiàn)出高容量，與基于Li₂S的正極的理論值(500 Wh kg^-1)相當(dāng)。

圖3 含Li₂S–Li₃PO₄–Li₂SO₄–C的ASSBs的電化學(xué)性能

Solid Electrolyte with Oxidation Tolerance Provides a High-Capacity Li2S-Based Positive Electrode for All-Solid-State Li/S Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202106174