燕大张隆Nature子刊：富氯硫化物无机固态电解质实现良好的界面性能

采用无机固态电解质被认为是开发高能锂基金属电池的可行策略。然而，抑制寄生界面反应和循环时不利的锂金属沉积生长是具有挑战性的方面，目前尚未完全解决。

燕山大学张隆等为更好地理解这些现象，通过非原位和原位物理化学和电化学测试研究了各种硫化物无机固体电解质(SEs)，即Li_7-xPS_6-xCl_x(x=0.6, 1.0, 1.3, 1.45和1.6)。

图1. 材料表征

这项工作证明SE中的Cl含量强烈影响着Li|SE界面上的（电）化学性能，包括界面相的形成、界面微观结构和锂枝晶抑制能力。研究发现，Cl含量为1.3时效果最佳，可使SE在长期电化学循环中获得最高的临界电流密度(CCD)和最相容Li|硫银锗矿界面，尽管它仅具有中等离子电导率（5.3 mS/cm）和对Li的中等（电）化学稳定性。

图2. 基于不同Cl含量SE的对称电池的界面演变

此外，在cryo-STEM和EDS的帮助下，作者发现SE中Cl原子的分布随Cl含量的变化而变化。与假设的那样，与贫Cl硫银锗矿类似的完全位于晶格上，富Cl硫银锗矿中的Cl原子显示出差异分布，即大部分存在于晶粒表面形成LiCl纳米壳，而少数在SE晶格上取代S原子，局部的硫银锗矿被包裹在LiCl框架中。

这种特殊的微观结构有助于框架中的Cl离子迁移到Li|SE界面，从而在电化学循环过程中在锂电极旁边重构致密且均匀的LiCl主导层。此外，具有良好体积和剪切模量的电子绝缘LiCl可充当自限界面以阻止（电）化学氧化还原并减轻锂枝晶。因此，大大防止了硫银锗矿的分解，抑制了Li₂S_n和P₂S₅簇的出现。结果，采用Cl-13 SE的电池在0.5 mA/cm²的电流密度下表现出高容量和良好的循环稳定性。

图3. Li-In||LNO@NCM811电化学性能

Promoting favorable interfacial properties in lithium-based batteries using chlorine-rich sulfide inorganic solid-state electrolytes. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-29596-8

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