​物理所吴凡教授EES：冷冻干燥技术实现高面容量、长循环寿命全固态电池

全固态电池（ASSB）由于其高能量密度和安全性，已被广泛认为是关键的下一代储能技术。然而，由于卤化物SEs的大颗粒尺寸导致的不良界面接触和离子传输，在高正极负载下的稳定循环很难实现。

在此，中科院物理所吴凡教授团队首次利用冷冻干燥技术（FD法）合成了80%粒径小于200 nm的Li₃InCl₆ SE，大大提高了复合正极的电荷传输能力和ASSB的整体界面接触。

FD法可以在电解质溶液冻结成固体时去除溶剂，有效解决溶液热蒸发过程中颗粒碰撞和高温导致的粒径增大问题。80.77%的FD200 SE颗粒位于0 ~ 200 nm范围内，分布在200 ~ 400 nm和400 ~ 600 nm的分别只有15.38%和3.85%，而不使用FD200 SE的颗粒大于600nm。粒径小、粒径分布均匀降低了SE层界面粗糙度，有效减小了界面之间的接触间隙。

此外，它可以极大地改善正极复合材料中的迁移动力学，产生更均匀的电流分布，从而极大地抑制界面电化学-机械应力对ASSBs的损害。

图1. NCM90-Li₃InCl₆/Li₃InCl₆/Li₆PS₅Cl/Li在不同SE（FD200、FD300、FD400）下的电化学性能

研究表明，具有LCO/NCM90正极和FD200 SE的ASSB具有良好的电化学性能。特别是，NCM90的ASSB显示出30000次循环的超长寿命，在20C (9.98 mA/cm²)下容量保持70%。

循环寿命和电流密度都超过了文献中卤化物SEs的ASSB的最高报告值(3000次循环，3.36 mA/cm²)。此外，该复合正极可实现49 C的超高充电速率和95%的CAM比例。

最后，FD200 SE与氧化物正极材料具有出色的兼容性并且其合成工艺对环境友好易于大规模生产可满足对下一代储能系统日益增长的需求。

图2. 不同SEs的NCM90-Li₃InCl_6/Li₃InCl₆/Li₆PS₅Cl/Li倍率容量及长循环性能

High-Areal-Capacity and Long-Cycle-Life All-Solid-State Battery Enabled By Freeze Drying Technolog，Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee00420a