物理所吴凡Nano Energy：硫化尖晶石正极使5V级硫化物全固态电池稳定运行

由于具有更高的安全性和离子电导率，硫化物全固态锂离子电池代表了最有前途的储能技术之一。为进一步提高其能量密度和应用，高电压LiNi_0.5Mn_1.5O₄ (LNMO) 尖晶石正极由于其高能量密度、低成本、环境友好和无Co性质而备受青睐。然而，硫化物固态电解质（SE）与LNMO正极不兼容，对此问题报道的解决方案主要集中在表面涂层上。

中科院物理所吴凡等人提出了一种有效的方法来硫化LNMO本身，用于基本上新的LNMOS正极，这不仅可以抑制界面副反应，还可以提高正极的离子/电子电导率。进一步利用LNMOS正极和Li₆PS₅Cl硫化物SE构建了5V级全固态电池（ASSB）。

LNMOS合成过程中的这一简单步骤显著降低了充电过程中正极和SE之间的界面反应性，并使5 V级全固态电池稳定运行。与表面涂层相比，该策略具有操作更简单、能耗更低、更容易产业化的优点。

图1 LNMO及不同硫化比例LNMOS的形貌

更重要的是，最佳硫化浓度最终解决了高压正极材料与硫化物SE之间的界面不相容性问题，以及随之而来的 LNMOS/硫化物ASSB性能，从而显示出比裸LNMO对应物高3倍的初始放电容量和更高的可逆循环稳定性。

此外，由于 LNMOS_0.15大大提高了离子电导率，因此其极化电位的增加显著降低。该工作采用的策略为结合硫化物SE和5V级高压尖晶石正极的优点开辟了一条新途径，使开发实用的高能量密度硫化全固态电池成为可能。

图2 LNMO和LNMOS_0.15的电化学性能

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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