物理所吴凡AFM：新纪录！超高电流密度和3000小时循环的硫化物SE基电池

锂金属是理想的负极候选物，但面临着有机电解液中的热力学稳定性差以及枝晶生长等问题。碱金属基有机液态金属溶液（Li/Na/K-Bp-DME）负极因其相对较低的成本和较高的安全性而备受关注，这种高导电液体负极可以从根本上抑制碱金属枝晶的生长。

在此，中科院物理所吴凡研究员等人提出了一种结合有机液态锂溶液负极（Li-Bp-DME）、硫化物固体电解质和界面保护层的电池配置，以防止这两种组分之间发生界面反应。锂离子与Bp-DME相互作用并在镀锂过程中形成稳定的 [(Bp·-) Li⁺] (C₄H₁₀O₂) 结构，从而抑制锂枝晶的成核和生长。

此外，硫化物固态电解质（SE）在所有SE中具有最高的室温离子电导率，大大提高了SE层的离子传输能力。只需通过室温冷压即可获得完全致密的硫化物SE层，这大大简化了SE层的合成过程，并防止了液态锂溶液负极渗入SE层和短路。

图1. Li在Bp_yDME₁₀中的溶解制备Li-Bp-DME

因此，对称电池实现了创纪录的高电流密度（17.78 mA cm^-2），每次循环电镀容量>17.78 mAh cm^-2，证明其优异的锂枝晶抑制能力。通过添加聚合物界面层，具有液态Li_1.5Bp₃(DME)₁₀负极和硫化物SE的电池在0.127 mA cm^-2下表现出近3000小时的出色循环而没有短路，代表了迄今为止报道的硫化物SE锂循环的最佳性能。

这项工作为锂基有机液体负极在硫化物SE基电池中的应用提供了系统理解，并为实现高比容量、高能量/功率密度、高安全性和长循环寿命的二次电池铺平了道路。

图2. 对称电池在30 °C 下电镀/剥离锂的电化学性能

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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物理所吴凡AFM：新纪录！超高电流密度和3000小时循环的硫化物SE基电池

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