卤化物电解质中电化学稳定性的新视角

他们于 2 月在Energy Material Advances上发表了他们的工作。

“构建高效的离子/电子框架对于高性能固态电池的发展至关重要，”华中科技大学先进电磁工程与技术国家重点实验室教授庄宇博士说。“目前，采用无机电解质的固态电池的应用具有挑战性，因为大多数固态电解质的氧化电位低，令人不满意。”

据于博士介绍，卤化物电解质已被发现是正极稳定材料，具有相对较宽的电化学稳定性窗口和与正极良好的相容性。“卤化物电解质是稳定的材料，其氧化电位上限高于 4.0 V，有些甚至达到 4.8 V，”他说。“此外，它们的离子电导率一般在10 -3 S cm -1范围内，适用于高压阴极，产生的副反应较少。”

良好的固体电解质应同时具有高锂离子电导率和低电子电导率。正极混合物中碳导电添加剂提供的高电子电导率会导致固体电解质降解并破坏其电化学稳定性。

然而，关于卤化物电解质本身的稳定电压窗口和电化学氧化还原反应的研究很少。此外，许多因素会影响实际电池系统中固体电解质的氧化还原电位。Yu 博士解释说，虽然卤化物电解质具有高氧化电位，但该电位接近传统层状阴极(如 LiCoO 2 )的工作电压。因此，需要额外的策略来减少电解质的反应。

“碳等电子添加剂已被证明会增加硫化物和聚合物体系中的副反应，”Yu 说。“我们发现卤化物电解质 Li 2.5 Zr 0.5 Y 0.5 Cl 6也遵循这一规律，因为在 Li 2.5 Zr 0.5 Y 0.5 Cl 6 -CNT 组合阴极中氧化电位随着碳纳米管 (CNT) 含量的增加而降低。电解质甚至与少量碳添加剂不发生化学反应。”

“这种可逆氧化还原过程可以提供超过 200 mAh g -1的稳定充电/放电容量超过 100 次循环，”Yu 补充道。“我们把这个过程分为两部分：Cl - /Cl x -在高电位下的反应和Zr 4+ /Zr 0和Y 3+ /Y 0在低电位下的氧化还原。这个反应及其产物已经被证实通过其他数据，例如 X 射线光电子能谱 (XPS) 和 X 射线衍射 (XRD)。”

这项研究为使用高压阴极材料结合卤化锂固体电解质设计固态电池提供了指导方针，从而实现高能量密度和长寿命。

“虽然这项工作提出了一种调节卤化物 Li 2.5 Zr 0.5 Y 0.5 Cl 6稳定电压窗口的策略，但许多因素会影响电解质反应的动力学和热力学，”Yu 博士说。“这些特性的变化可能导致相同固体电解质的不同反应。对这些机制的更深入理解可以为组装全固态电池和推进其应用提供新的见解和策略。”