孙学良/王建涛AFM：集流体调控实现美国先进电池联盟快充电池目标

较差的倍率性能是无机全固态锂离子电池（ASSLIBs）实际应用的一大障碍。集流体界面处的电荷转移动力学对于高倍率容量至关重要，但通常被忽略。

加拿大西安大略大学孙学良院士、多伦多大学Chandra Veer Singh、国联汽车动力电池研究院有限责任公司王建涛等在25和-10 °C下研究了LiCoO₂/Li₃InCl₆(LCO/LIC)ASSLIBs中铝箔集流体和复合正极之间的界面演变。

图1. 集流体界面的表征和模拟

结果表明，在室温下，铝箔和LIC SSE界面处的副反应是降低电化学性能的主要挑战，这会造成铝箔腐蚀和LIC分解；在低温下，除了副反应外，低Li⁺和电子转移动力学限制了无机ASSLIBs的电化学性能。幸运的是，石墨烯类碳(GLC)涂层改性铝箔可避免铝箔与LIC SSE的直接接触，从而避免铝箔的腐蚀和LIC SSE的分解。

结果，实现了显著改善的电化学性能，包括更高的容量、降低的电压极化和更好的循环稳定性，更重要的是，GLC改性显著提高了倍率性能。

图2. 室温下的电化学性能

研究显示，GLC-ASSLIB具有102.9 mAh g^-1的高初始容量，在1 C下循环150次后容量保持率为89.1%，即使在5 C下也实现了69 mAh g^-1的高倍率容量，这超过了美国先进电池联盟（USABC）对快充电池的目标。

这项研究的结果表明，集流体作为正极的外部界面对于无机 ASSLIBs 的性能至关重要，在设计全气候环境下的快充ASSLIBs时，应同时考虑界面反应和动力学。

图3. 低温下的电化学性能和XPS表征