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物理所吳凡Nano Energy：硫化尖晶石正極使5V級硫化物全固態電池穩定運行

由于具有更高的安全性和離子電導率，硫化物全固態鋰離子電池代表了最有前途的儲能技術之一。為進一步提高其能量密度和應用，高電壓LiNi_0.5Mn_1.5O₄?(LNMO) 尖晶石正極由于其高能量密度、低成本、環境友好和無Co性質而備受青睞。然而，硫化物固態電解質（SE）與LNMO正極不兼容，對此問題報道的解決方案主要集中在表面涂層上。

中科院物理所吳凡等人提出了一種有效的方法來硫化LNMO本身，用于基本上新的LNMOS正極，這不僅可以抑制界面副反應，還可以提高正極的離子/電子電導率。進一步利用LNMOS正極和Li₆PS₅Cl硫化物SE構建了5V級全固態電池（ASSB）。

LNMOS合成過程中的這一簡單步驟顯著降低了充電過程中正極和SE之間的界面反應性，并使5 V級全固態電池穩定運行。與表面涂層相比，該策略具有操作更簡單、能耗更低、更容易產業化的優點。

圖1 LNMO及不同硫化比例LNMOS的形貌

更重要的是，最佳硫化濃度最終解決了高壓正極材料與硫化物SE之間的界面不相容性問題，以及隨之而來的 LNMOS/硫化物ASSB性能，從而顯示出比裸LNMO對應物高3倍的初始放電容量和更高的可逆循環穩定性。

此外，由于 LNMOS_0.15大大提高了離子電導率，因此其極化電位的增加顯著降低。該工作采用的策略為結合硫化物SE和5V級高壓尖晶石正極的優點開辟了一條新途徑，使開發實用的高能量密度硫化全固態電池成為可能。

圖2 LNMO和LNMOS_0.15的電化學性能

5V-Class Sulfurized Spinel Cathode Stable in Sulfide All-Solid-State Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106589

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