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?廣工大AFM:H+/Li+離子交換誘導尖晶石離子導電層實現高能硫化物基全固態鋰電池

?廣工大AFM:H+/Li+離子交換誘導尖晶石離子導電層實現高能硫化物基全固態鋰電池
全固態鋰電池(ASSLIBs)因其高能量密度和固有的安全性,有望成為新一代能源技術。然而,固態電解質與高壓正極之間嚴重的界面反應構成了重大挑戰,尤其是在較高的充電電壓下。
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在此,廣東工業大學林展、劉晨宇等人提出了一種由 H3PO4?觸發的 H+/Li+?交換策略,將 LiCoO2?(LCO) 表面轉化為尖晶石 Co3O4/Li3PO4?離子導電相。該種尖晶石相的厚度為 15 nm,與 LCO 具有良好的親和性,可抑制界面副反應。
此外,與塊體 LCO 相比,尖晶石 Co3O4?和無定形 Li3PO4?都具有較高的離子電導率,從而促進了界面離子傳輸。通過改性,ASSLIBs 可提供高比容量(0.1 C 時為 146.2 mAh g-1)、出色的倍率性能(2 C 時為 116.4 mAh g-1)和長期循環性(0.5 C 時為 350 次),對 Li/Li+?的截止電壓為 4.3 V。此外,該種堅固的尖晶石相還進一步提高了在更高的截止電壓(4.5 V vs.Li+/Li)下的穩定循環(0.1 C 下 100 次循環,168.9 mAh g-1)。
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圖1. ASSLIBs 的電化學性能
總之,該工作通過簡單的 H+/Li+?交換策略,成功地在 LCO 表面原位構建了 Co3O4/Li3PO4?基尖晶石離子導電相,克服了 LCO 與 SE 之間的界面副反應,確保了 ASSLIBs 的快速充放電能力。研究表明,該種原位 H+/Li+?交換實現了從大塊 LCO 到表面 Co3O4?的連續微觀結構,避免了離子擴散的中斷。此外,與塊狀 LCO 相比,尖晶石 Co3O4?和無定形 Li3PO4?都具有較高的離子電導率,從而促進了界面離子傳輸。
結果顯示,ASSLIBs 在 4.3 V 截止電壓下對 Li/Li+的比容量較高(0.1 C 時為 146.2 mAh g-1),并且在循環 300 次后仍能保持 86.5%的初始容量。此外,該種尖晶石離子導電界面還具有優異的倍率性能(2 C 時為 116.4 mAh g-1)和長循環穩定性(0.5 C 時循環 350 次)。因此,該種原位 H+/Li+?交換策略為高導電性界面重構提供了新的思路,為開發高性能 ASSLIB 提供了良好的參考。
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圖2. 抑制界面副反應
A H+/Li+ Ion Exchange Induced Spinel Ion-Conductive Interphase Stabilizes 4.5 V LiCoO2 in Sulfide-Based All-Solid-State Lithium Battery,?Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202316543

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