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物理所吳凡AFM：新紀(jì)錄！超高電流密度和3000小時循環(huán)的硫化物SE基電池

鋰金屬是理想的負(fù)極候選物，但面臨著有機(jī)電解液中的熱力學(xué)穩(wěn)定性差以及枝晶生長等問題。堿金屬基有機(jī)液態(tài)金屬溶液（Li/Na/K-Bp-DME）負(fù)極因其相對較低的成本和較高的安全性而備受關(guān)注，這種高導(dǎo)電液體負(fù)極可以從根本上抑制堿金屬枝晶的生長。

在此，中科院物理所吳凡研究員等人提出了一種結(jié)合有機(jī)液態(tài)鋰溶液負(fù)極（Li-Bp-DME）、硫化物固體電解質(zhì)和界面保護(hù)層的電池配置，以防止這兩種組分之間發(fā)生界面反應(yīng)。鋰離子與Bp-DME相互作用并在鍍鋰過程中形成穩(wěn)定的 [(Bp·-) Li⁺] (C₄H₁₀O₂) 結(jié)構(gòu)，從而抑制鋰枝晶的成核和生長。

此外，硫化物固態(tài)電解質(zhì)（SE）在所有SE中具有最高的室溫離子電導(dǎo)率，大大提高了SE層的離子傳輸能力。只需通過室溫冷壓即可獲得完全致密的硫化物SE層，這大大簡化了SE層的合成過程，并防止了液態(tài)鋰溶液負(fù)極滲入SE層和短路。

圖1. Li在Bp_yDME₁₀中的溶解制備Li-Bp-DME

因此，對稱電池實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的高電流密度（17.78 mA cm^-2），每次循環(huán)電鍍?nèi)萘?gt;17.78 mAh cm^-2，證明其優(yōu)異的鋰枝晶抑制能力。通過添加聚合物界面層，具有液態(tài)Li_1.5Bp₃(DME)₁₀負(fù)極和硫化物SE的電池在0.127 mA cm^-2下表現(xiàn)出近3000小時的出色循環(huán)而沒有短路，代表了迄今為止報道的硫化物SE鋰循環(huán)的最佳性能。

這項工作為鋰基有機(jī)液體負(fù)極在硫化物SE基電池中的應(yīng)用提供了系統(tǒng)理解，并為實現(xiàn)高比容量、高能量/功率密度、高安全性和長循環(huán)壽命的二次電池鋪平了道路。

圖2. 對稱電池在30 °C 下電鍍/剝離鋰的電化學(xué)性能

High Current Density and Long Cycle Life Enabled by Sulfide Solid Electrolyte and Dendrite-Free Liquid Lithium Anode, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105776

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