涂江平教授、王秀丽教授， AFM观点：用于提升全固态锂电池面容量的自分散卤化物电解质工程

第一作者：陈国栗

通讯作者：涂江平*，王秀丽*

单位：浙江大学

全固态锂电池（ASSLBs）因其高理论能量密度、高安全性和宽工作温度范围，被认为是下一代储能技术的重要发展方向。固态电解质（SSE）作为ASSLBs的核心组成部分，直接决定了电池的性能。近年来，卤化物固态电解质（HSEs），特别是Li₃InCl₆（LIC），因其高离子电导率、宽电化学窗口和良好的空气稳定性，成为备受关注的正极侧电解质（catholyte）材料。然而，LIC基复合正极在实际应用中仍面临面容量的限制，主要原因在于其较大的颗粒尺寸和较高的添加量（通常需30 wt%以上），严重限制了活性物质的利用率。此外，LIC颗粒在复合正极中易发生团聚，导致离子传导网络不连续、界面接触不良等问题。因此，开发新型的卤化物正极电解质工程策略，以实现高活性物质负载和高面容量，具有重要的研究意义和应用价值。

近日，浙江大学材料科学与工程学院涂江平教授和王秀丽教授团队在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表了题为“Self-Dispersing Halide Catholyte Engineering for Enhanced Areal-Capacity All-Solid-State Lithium Batteries”的研究论文。该工作通过四氯邻苯醌（o-TCBQ）与Li₃InCl₆（LIC）之间的配位化学，设计了一种自分散卤化物正极电解质（LIC@T）。该策略利用o-TCBQ的空间位阻效应，有效抑制了LIC颗粒的热力学团聚行为，实现了颗粒尺寸的减小和分散性的提升。结合干法制备工艺，该正极在仅17 wt%的电解液含量下仍构建了高效连续的离子/电子传导网络，显著提升了面容量的循环稳定性。

通过DFT计算和实验表征（FTIR、XPS、MAS-NMR等）证实，o-TCBQ中的氧原子与LIC表面的In³⁺形成稳定的配位结构，产生空间位阻效应，抑制颗粒团聚，并降低颗粒平均尺寸。

HR-TEM和SAED分析表明，LIC@T形成“晶核-非晶壳”结构，非晶域的存在增强了与层状氧化物正极的界面亲和性。自分散LIC@T正极电解质的纳米级均匀性促进了连续离子传导网络的构建。干法压制后，复合正极孔隙率从17.70%降至8.03%，显著提升了界面接触和离子传导效率。

LIC@T均匀分散于复合正极，促进CAM均匀脱嵌锂反应，从而具有自致密效应，大大提升电池循环稳定性。

优化后的NCM83125/LIC@1T正极在2C倍率下仍可提供145.8 mAh g^-1的高比容量。在12 mg cm^-2的高活性物质负载下，其初始面容量达1.845 mAh cm^-2，400次循环后仍保持1.512 mAh cm^-2，容量保持率达81.9%。

Self-Dispersing Halide Catholyte Engineering for Enhanced Areal-Capacity All-Solid-State Lithium Batteries