韩国电子技术研究所AFM: 牺牲正极实现无锂铟层全固态电池的稳定循环

由固化正极、电解质和锂金属负极组成的全固态电池（ASSB）由于其出色的稳定性和实现高能量密度的期望而备受关注。然而，锂枝晶生长、化学机械退化和界面不稳定性阻碍了其永久运行，导致锂耗尽、电阻增加和内部短路。

在此，韩国电子技术研究所（KERI）Byung Gon Kim等人首次报道了氮化锂 (Li₃N) 牺牲正极与无锂In层相结合对ASSB循环性能的影响。通过对电池的原位气体放出和内部压力变化分析，发现与液体电解质电池一样，Li₃N的分解补偿了电池中副反应消耗的活性锂。

此外，还证明了通过额外提供的锂通过In的体积膨胀来改善粒子间接触以及通过无枝晶In层改善在负极侧的界面稳定性，是改善ASSB循环性能的主要原因。

图1. 牺牲正极对ASSBs电化学性能的影响

由于对消耗的Li进行了足够的补偿，通过In的体积膨胀增加了内部压力，以及稳定的固态电解质（SE）/In界面，LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ (NCM, 高负载量≈22.7 mg cm^-2) 电池在超过160次循环中表现出优异的循环稳定性。

此外，还证实 In 层没有枝晶生长，并有助于与硫化物SE形成稳定的界面，从而实现长期循环而不会出现电池故障。本研究传达了一个有意义的信息，即考虑锂补偿和内部压力控制以及能够防止锂沉积不均匀和减轻界面寄生反应的稳定负极的电池设计对于硫化物ASSB的稳定循环至关重要。

图2. 电池内部压力的重要性和Li₃N添加的有效性

Stable Cycling of All-Solid-State Batteries with Sacrificial Cathode and Lithium-Free Indium Layer, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202108203