孙学良/有研集团AEM: 超离子氟化的卤化物固态电解质以稳定锂金属负极

卤化物固态电解质（SSE）由于其高离子电导率和与正极材料的理想相容性而受到了极大的关注。然而，卤化物的还原电位仍然>0.6 V（相对于Li/Li⁺），此外，还原稳定性也是需要解决的挑战之一。尽管Li₃YBr₆ (LYB) 溴化物具有高锂离子电导率（>10^-3 S cm^-1），但相比于氟化物，其电化学窗口较窄。

在此，加拿大西安大略大学孙学良教授以及有研集团王建涛、余金秋博士等人采用氟掺杂策略，通过锂对称电池的循环研究了掺氟溴化物和锂金属之间的界面稳定性。作者报告了一种新的金属卤化物电解质—Li₃YBr_5.7F_0.3，不仅具有高离子电导率（1.8×10^-3 S cm^-1），而且可以直接与锂金属负极配合使用。

由于在镀锂、脱锂过程中富氟组分的原位形成导致界面的高稳定性，以Li₃YBr_5.7F_0.3作为电解质的Li对称电池可以在0.75 mA cm^-2下表现出超过1000小时的高稳定性，其容量为0.75 mAh cm^-2。

图1. Li₃YBr_5.7F_0.3新型电解质的表征

XPS结果表明，在电池循环过程中原位形成富含氟化物的界面层，从而实现对还原的抑制，导致较高的循环稳定性。

此外，直接以锂金属为负极、LiCoO₂（LCO）为正极的全固态电池在室温下表现出较高的循环稳定性。这项研究提出的氟掺杂改性为实现金属锂在全固态锂电池中的应用提供了新的可行性。

图2. Li//Li₃YBr_5.7F_0.3//LCO@LIC全固态电池的电化学性能

Superionic Fluorinated Halide Solid Electrolytes for Highly Stable Li-Metal in All-Solid-State Li Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101915

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孙学良/有研集团AEM: 超离子氟化的卤化物固态电解质以稳定锂金属负极

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