李会巧教授团队揭示卤化物电解质溶解行为，助力全固态电池大规模制造

第一作者：王书豪

通讯作者：李会巧*

单位：华中科技大学

目前，全固态电池（ASSB）主要采用粉末压制法来制备，该方法主要适用于实验室研究，因此，ASSB的规模化制备仍是一大挑战。湿法工艺如浆料涂覆法是商业上最成熟的电池生产工艺，从传统锂离子电池向固态锂电池过渡的过程中，由于其对制造基础设施的改动最小，成本低廉，且与现有工艺的兼容性好，因此，采用湿法工艺大规模生产固态电池仍然是首选，开发固态电解质（SSEs）薄膜制备的湿法工艺对ASSB的工业生产具有重大意义。从这个角度来说，了解SSE的溶剂稳定性是使用湿法工艺实现 ASSB 工业化生产的先决条件。此外，在目前研究的SSEs中，卤化物SSEs由于其高离子电导率、本征氧化稳定性和机械性能等优势，得到了广泛关注和迅速发展。同时卤化物SSEs可以通过溶液法规模化合成，制备简单成本低，满足商业化应用是对低成本的要求。然而，迄今为止，卤化物SSEs和溶剂的稳定性尚未得到系统的研究。因此，研究卤化物SSEs对有机溶剂的敏感性对于推动卤化物固态电池的产业化至关重要。

近日，来自华中科技大学的李会巧教授，在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Solvent stability of halide solid electrolytes towards wet processing”的文章。该文章通过将Li₃InCl₆在不同溶剂中静置，观察其溶解情况及结构和离子电导率变化，说明Li₃InCl₆在不同溶剂的稳定性，并对溶剂进行了分类；通过NMR、FTIR、XPS等技术阐明了Li₃InCl₆在不同溶剂的反应机理；探究了不同种类溶剂的潜在应用，为以后溶剂的选取提供了指导。

卤化物电解质在不同有机溶剂中的溶解行为不同，对于TOL、PhCl和ACN分散体，底部有一些沉淀物，这意味着LIC在这三种溶剂中不完全溶解。相反，DMF、NMP、EtOH和DIW的分散体是透明的，表明LIC完全溶解于这四种溶剂中。通过将未溶解部分与初始质量（称为粉末残留率）进行比较，定量表征了LIC的溶解状态。对于ACN溶剂，它是特殊的，LIC粉末在该溶剂中的粉末残留率约为33%，与LIC中LiCl 的质量百分比（37%）相似，表明LIC在ACN溶剂中发生分解，从而导致InCl3在 ACN溶剂中完全溶解，这将在后面证明。

根据LIC粉末在不同溶剂中的表现，晶体结构、离子导电率是否发生变化，变化后经过200 ℃热处理能够恢复，可以将溶剂分为三类：（1）低极性溶剂（记为LP），如TOL、PhCl，LIC在这些溶剂中不溶解，暴露其中后晶体结构和离子电导率不发生变化；（2）高极性路易斯碱溶剂（记为HPLB），如DMF、NMP，LIC在这些溶剂中溶解，晶体结构会发生变化，同时200 ℃热处理后离子电导率不能完全恢复；（3）高极性质子性溶剂（记为HPP），如EtOH，DIW，LIC在这些溶剂中完全溶解，去除溶剂后晶体结构发生变化，但是经过200 ℃热处理后晶体结构和离子电导率均可以恢复。

Solvent stability of halide solid electrolytes towards wet processing

李会巧教授简介：华中科技大学材料科学与工程学院教授、博导，华中卓越学者。国家科技创新领军人才、国家青年拔尖人才、教育部新世纪优秀人才计划、湖北省楚天学者特聘教授、湖北省杰出青年。长期从事锂/钠离子电池、固态电池、微型储能器件及原位分析的研究，迄今在能源材料和储能技术领域发表SCI论文220余篇，论文被引用19000余次，单篇引用>400次的论文6篇，16篇论文入选ESI高被引论文，H因子为73。其中以第一作者/通讯作者在Nature Mater.（1篇）， Science Adv.(1篇), Matter (1篇), Prog. Mater. Sci. (1篇), Energy Environ. Sci. (4篇), Adv. Mater. (7篇), Adv. Funct. Mater. (7篇)，Adv. Energy Mater. (9篇), J. Am. Chem. Soc.(2篇)，Angew Chem. Int. Ed.(2篇), Informat (3篇), ACS Nano (2篇), Nano Lett. (3篇)，Sci. Bull. (5篇)，Energy Storage Mater. (8篇), J. Mater. Chem. A (9篇), Small (2篇) 等国际期刊上发表论文110余篇。主持国家重点研发计划课题1项，国家自然科学基金联合基金重点项目1项、面上3项、青年1项，湖北省自然科学基金1项、深圳市科技创新项目2项，校企合作项目2项等；另承担科技部青年973计划项目1项、科技部重点研发计划国际合作项目1项、国家自然基金委国际合作项目1项，深圳科创委重点项目1项等。

王书豪，2024年毕业于华中科技大学。目前在领域高水平期刊Adv. Energy Mater.，Adv. Funct. Mater.，Energy Storage Mater.等发表SCI论文6篇；申请专利2项，其中授权1项。致力于卤化物固态电解质研究，着力推动其商业化应用。

新材料与器件研究中心以华中科技大学材料科学与工程学院、材料成形与模具技术全国重点实验室为依托。中心现有教授5名、副教授5名、副研究员1名、工程师1名、秘书1名、博士后4名、在读博士生27名、在读硕士生30名。研究方向主要包括光电功能材料、集成光电子器件、类脑神经形态器件、储能材料与器件、发光材料与器件和电催化材料与器件等。中心先后承担了基金委杰青/优青/面上/青年/重点/重大培育/仪器研制、科技部重点研发计划、国家重大科学研究计划、湖北省创新群体/杰青等50余项国家级/省部级科研项目。实验室成立以来发表论文400余篇，其中IF大于10的论文300余篇，24篇入选ESI高被引论文，36篇入选封面文章。中心拥有电子束/光刻/激光直写系统、高低温探针台、原子力显微镜、X射线衍射仪、激光共聚焦拉曼光谱仪、低温强磁场扫描探针显微镜等仪器，可以实现从材料制备、结构表征、器件加工到性能测试的系列表征和测试。

http://zml.mat.hust.edu.cn/zszp/zgzp.htm