传统液态锂离子电池具有较低的能量密度上限(小于300 Wh kg-1)，电池循环时严重的锂枝晶生长会造成电池短路。同时，液态电解质易泄露、易挥发、可燃等安全问题限制了电池技术的进一步发展。固态电解质(SE)具有不易燃、能抑制锂枝晶生长、高工作电压下保持稳定、可匹配高容量正负极等特点而受到广泛研究。其中，硫银锗矿类硫化物固态电解质由于其高离子电导率、稳定的晶体结构和良好的可加工性能而受到越来越多的关注。然而，硫化物固态电解质面临的对空气/水不稳定、界面副反应等问题，亟待新的解决思路和方案。 北京科技大学范丽珍教授课题组采用ZnO双元素掺杂策略来提高Li5.5PS4.5Br1.5硫银锗矿电解质的结构稳定性和性能稳定性，实验发现，4%ZnO掺杂提高了Li5.5+3xZnxP1-xOxS4.5-xBr1.5固态电解质的晶体结构、界面组成等性能，综合性能表现出最适宜应用的潜力。 LPSBr1.5-4%ZnO电解质具有较大的导锂通道和晶胞尺寸。25 ℃时，电解质的离子电导率达到2.25 mS cm-1，电子电导率达到1.17×10-8 S cm-1，电解质空气稳定性比未掺杂前进一步增强。LPSBr1.5-4%ZnO表现出良好的锂相容性、锂枝晶抑制能力和均匀的镀/脱锂过程，在0.1 mA cm-2的电流密度下，LPSBr1.5-4%ZnO的锂对称电池可以稳定循环800 h以上，临界电流密度达到1.4 mA cm-2。此外，全固态电池LiCoO2|LPSBr1.5-4%ZnO|In-Li在较的高截止电压下具有优异的电化学性能，循环120次以上容量保持为130 mAh g-1。ZnO掺杂Li5.5PS4.5Br1.5提高了位点混排电解质的稳定性，改变了电解质的晶胞参数和晶体结构。富含ZnO的界面相抑制了锂枝晶的生长，提供了更稳定的界面和界面组成。本工作通过分析元素掺杂如何影响混排结构硫化物电解质的离子传输途径、离子电导率、晶体结构，提供了一种结构组成调控提高硫化物电解质界面稳定性、结构稳定性和电化学稳定性的策略。
论文信息 ZnO Substitution in Argyrodite Li5.5+3xZnxP1-xOxS4.5-xBr1.5 Electrolyte with Enhanced Interface Performance for All-Solid-State Battery Xizhong Lin, Dabing Li, Yaru Li, Xiaoxue Zhao, Yang Li, Prof. Dr. Li-Zhen Fan Batteries＆Supercaps DOI: 10.1002/batt.202400048
