​ACS Energy Lett.：高压正极表面打蜡以实现硫化物固态电池

富镍正极材料（即LiNi_xCo_yMn_1–x–yO₂，x≥0.8）与硫化物固体正极电解液（如银石（Li₆PS₅Cl））相结合，是高性能固态电池的有前途的材料。然而，在2.5V以上的银铁矿的化学反应性和电化学分解会导致电池操作窗口中的容量快速衰减，因此需要使用涂层来抑制这些反应。

在此，滑铁卢大学Linda F. Nazar团队提出了一个简单的有机涂层概念，该概念产生了一个电子绝缘的正极-电解质界面，该界面稳定了银石，防止氧化降解。具体而言，该工作将Li₆PS₅Cl作为固体电解质，通过在正极活性材料（CAM）表面涂覆纳米“蜡状皂”（脂肪酸盐）层制备的电池在200次循环后能够保持90%的容量（2.8–4.3 V vs Li⁺/Li），而裸CAM的容量保持率为38%，证实了其界面稳定性和对Li⁺的渗透性。

图1. 结构表征

总之，该工作提出了一种有效的涂层概念，即在正极表面使用有机脂肪酸衍生的”蜡状皂”，以防止硫化固体电解质的氧化降解，从而稳定硫化电解质全固态电池中的高压正极。值得注意的是，整个处理过程是在环境气氛下进行的，不需要高温烧结。这使得大规模生产和商业化成为可能，同时保持了较低的成本。

结果显示，使用Li₆PS₅Cl电解质的 DA-NCM85 ASSB室温下循环 200 次后的容量保持率显著提高到 90%，是裸 NCM85 ASSB 的 3 倍多。此外，DA 涂层 NCM85 ASSB 的高负载量为 24.9 mg cm^-2，在 160 次循环后显示出 4.4 mAh cm^-2的可逆容量和令人满意的循环稳定性。

因此，该工作强调了这种简易涂层概念在抑制硫化物基复合正极界面降解方面的适用性和潜力。

图2. 电池性能

Waxing Bare High-Voltage Cathode Surfaces to Enable Sulfide Solid-State Batteries, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01717