正極材料與硫化物固體電解質(zhì)（SE）之間的界面相容性是全固態(tài)鋰離子電池（ASSLB）電化學(xué)性能的關(guān)鍵限制因素。

在此，浙江大學(xué)陸俊、李澤珩，廣東工業(yè)大學(xué)林展團(tuán)隊提出了一種新方法：開發(fā)了氣固界面還原反應(yīng)（GSIRR）。這種 GSIRR 工藝旨在通過在層狀氧化物正極表面原位生成金屬氧化物來誘導(dǎo)表面重建層 (SRL)，從而減輕表面氧的反應(yīng)性。實驗結(jié)果表明，與硫化物 SE 的界面副反應(yīng)大大減少，從而顯著降低了界面電阻。通過在鈷酸鋰（LCO）正極上應(yīng)用 SRL（CoO/Li₂CO₃），發(fā)現(xiàn)該改性產(chǎn)生了令人印象深刻的結(jié)果，包括高容量（149.7 mAh g^-1）、優(yōu)異的循環(huán)能力（在 0.2C 下循環(huán) 400 次，保持率為 84.63%）、出色的倍率性能（在 2C 下為 86.1 mAh g^-1），以及在 ASSLB 內(nèi)的高負(fù)載證極（28.97 和 23.45 mg cm^-2）中的穩(wěn)定性。

此外，SRL CoO/Li₂CO₃?還增強(qiáng)了 LCO 和 Li₁₀GeP₂S_12?以及 Li₃PS₄?SE 之間的界面穩(wěn)定性。值得注意的是， GSIRR 機(jī)制不僅可以廣泛應(yīng)用于 LCO 正極，還可以應(yīng)用于 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂?正極以及 H₂S 和 CO 等其他還原性氣體。

圖1. SRL-LCO 的形成和合成途徑

總之，該工作實現(xiàn)了一種基于GSIRR的簡單而高效的表面重建方法。這種方法在LCO正極上形成了SRL層，取得了顯著的成果。具體而言, CoO/Li₂CO₃SRL層具有雙重作用：首先，它減輕了正極中氧或其他成分產(chǎn)生的高電子能級的不利影響，防止對硫化物SE造成傷害。其次，它能建立一個有利的離子傳輸層，有效消除極化問題。因此，SR-LCO/LPSCL/Li-In ASSLB電池實現(xiàn)了卓越的電化學(xué)性能，包括更高的初始放電容量、出色的長循環(huán)性能、更好的速率性能和更低的電阻。

此外，應(yīng)用于LCO的CoO/Li₂CO₃SRL層在穩(wěn)定LGPS和LPS的界面方面也發(fā)揮了重要作用。更重要的是，GSIRR工藝已成功擴(kuò)展到在NCM811上原位形成NiO，從而增強(qiáng)了NCM811的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，該方法能以經(jīng)濟(jì)高效的方式大大提高全固態(tài)鋰電池中正極/負(fù)極界面的兼容性。

圖2. 通用性和可拓展性

Reducing Gases Triggered Cathode Surface Reconstruction for Stable Cathode-Electrolyte Interface in Practical All-Solid-State Lithium Batteries,?Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202305748