孙学良院士&涂江平，最新AEM：全固态锂电循环1000次，容量保持96%！

第一作者：Yu Liu，Han Su

通讯作者：孙学良，涂江平，钟宇

通讯单位：加拿大西安大略大学，浙江大学

孙学良，1963年12月31日出生于天津市，加拿大工程院院士，加拿大皇家科学院院士，中国工程院外籍院士，加拿大西安大略大学教授。（

信息来源：

https://baike.baidu.com/item/%E5%AD%99%E5%AD%A6%E8%89%AF/50922327?fr=ge_ala，

更新时间：2024-04-17）

涂江平， 浙江大学，教授，博士生导师；现任浙江大学金属材料研究所所长，浙江省电池新材料与应用技术研究重点实验室主任，国际电化学学会会刊Electrochimica Acta编委（Editor）。

（信息来源：https://person.zju.edu.cn/0094046/586412.html，更新时间：2019-03-04）

论文速览

全固态锂金属电池被认为是下一代储能设备，有可能将最先进的锂离子电池的能量密度提高一倍，并消除安全隐患。在固态电解质中实现稳定的Li沉积/剥离而没有枝晶扩展对于实现承诺的高能量密度至关重要。

本研究探讨了在全固态锂电池（ASSLMBs）中，通过实现超离子锂银矿电解质Li_5.3PS_4.3ClBr_0.7的均匀微观结构来抑制锂枝晶的生长。

研究团队通过不同的合成路径比较，发现了一种新型的立方体形貌的微观结构，该结构通过高速机械研磨后退火的方法（BMAN-LPSCB）合成。这种均匀的微观结构有助于通过冷压形成具有显著降低孔隙率的电解质颗粒。孔隙的减少显著增强了电解质抑制枝晶形成的能力，其临界电流密度达到3.8 mA cm⁻²。

使用BMAN-LPSCB电解质的锂对称电池显示出在3 mA cm⁻² / 3 mAh cm⁻²高电流密度和截止容量下超过150小时的稳定锂沉积/剥离。利用BMAN-LPSCB电解质的全固态Li/NCM电池也展示了出色的耐久性，在1C倍率下1000个循环后容量保持率为96%。本研究强调了硫化物电解质的微观结构是影响全固态电池中机械驱动的锂枝晶传播的关键因素。

图文导读

图1：验证固态电解质的微观结构。

图2：不同合成路径得到的LPSCB电解质的Arrhenius图和Nyquist图，以及室温下的DC极化测试的电流-电压曲线图，用于确定电解质的离子导电性和活化能。

图3：使用不同LPSCB电解质的Li-Li对称电池在恒定电流密度和截止容量下的电压-时间曲线，以及循环期间的Nyquist图演变。

图4：不同合成路径准备的LPSCB电解质的临界电流密度，以及在不同电流密度和截止容量下的Li-Li对称电池的电压-时间曲线。

图5：SS-LPSCB和BMAN-LPSCB电解质在锂/电解质界面的示意图，以及冷压颗粒的横截面SEM图像和同步辐射XCT的三维体积渲染图像。

图6：使用BMAN-LPSCB电解质的Li|BMAN-LPSCB|NCM83 ASSLMBs在不同倍率下的电化学性能。

总结展望

本研究成功通过不同的合成路径制备了具有相同晶体结构的Li_5.3PS_4.3ClBr_0.7（LPSCB）固态电解质，并发现合成路径对电解质的微观形貌有显著影响，进而影响其电化学性能。特别是，通过高速机械研磨后退火方法合成的BMAN-LPSCB电解质展现出了最高的离子导电性和最均匀的微观形貌。

这种电解质颗粒的致密结构不仅提高了冷压离子导电性，还显著提高了抑制锂枝晶的能力。使用BMAN-LPSCB电解质的全固态锂电池在1C倍率下1000个循环后展示了96%的出色容量保持率。这项工作为全固态电池中硫化物电解质微观结构对机械失效的影响提供了新的视角，并为未来电池设计提供了重要的指导。

文献信息

标题：Inhibiting Dendrites by Uniformizing Microstructure of Superionic Lithium Argyrodites for All-Solid-State Lithium Metal Batteries

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202400783