姚霞银教授&王春生教授ACS Energy Lett：锂硫电池双功能可启用相间的Li10GeP2S12电解质- 大数跨境

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姚霞银教授&王春生教授ACS Energy Lett：锂硫电池双功能可启用相间的Li10GeP2S12电解质

科学材料站

2021-02-14

导读：这项工作通过在LGPS / Li界面上依次还原Mg（TFSI）2-LiTFSI-DME液态电解质中的盐和溶剂，在Li和LGPS之间形成了亲锂-疏锂梯度的界面层，从而解决了LGPS电解质的还原以及锂枝晶

文章信息

基于双功能LGPS/Li界面的全固态锂硫电池

第一作者：万红利

通讯作者：王春生*，姚霞银*

单位：马里兰大学

研究背景

固态锂硫电池可以以低成本实现高能量密度和安全性，因此对大规模储能系统非常具有吸引力。Li-S电池中的固体电解质也可以防止多硫化物的穿梭反应。在固体电解质中，Li10GeP2S12（LGPS）具有与液态电解液相媲美的高离子电导率。

但是，LGPS对金属锂的热力学不稳定性使LGPS被还原形成Li2S-Li3P-LixGe离子/电子混合导体，从而促进固体电解质中锂枝晶的生长。此外，LGPS与金属锂负极的反应也会导致电解质/锂界面处裂缝的产生，从而增加界面阻抗并缩短电池循环寿命。

文章简介

近日，马里兰大学王春生教授与姚霞银研究员等合作。在国际顶级期刊ACS Energy Letters上发表题为“Bifunctional Interphase-Enabled Li10GeP2S12 Electrolytes for Lithium–Sulfur Battery”的研究工作。

这项工作通过在LGPS / Li界面上依次还原Mg（TFSI）2-LiTFSI-DME液态电解质中的盐和溶剂，在Li和LGPS之间形成了亲锂-疏锂梯度的界面层，从而解决了LGPS电解质的还原以及锂枝晶生长这两个挑战。

本文要点

要点一：本文设计的亲锂-憎锂梯度界面层中，富LixMg的亲锂层使金属锂优先沉积在底部的富LixMg层中，而富LixMg亲锂层上层的具有高界面能的富LiF层则有利于抑制锂枝晶的生长，同时富LiF/有机物层的低电子电导率也能抑制LGPS的分解。

要点二：同时，为了最大化正极层中三相接触界面，研究人员原位制备了Ni-Li2S-LiTiS2正极材料。在该正极材料中，高电子电导的Ni原子和活性材料Li2S均匀地分布在混合导体非晶LiTiS2基体中，从而提高了Li2S的利用率和反应动力学。

要点三：锂负极和LGPS电解质之间的固体电解质界面的合理设计为开发高性能全固态锂电池提供了新的机会。

文章链接

Bifunctional Interphase-Enabled Li10GeP2S12 Electrolytes for Lithium–Sulfur Battery

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c02617

通讯作者介绍

王春生，教授。

1995年在浙江大学材料科学与工程系获得博士学位，随后在美国德州农工大学和田纳西理工大学担任教职，2007年开始在马里兰大学任教授。现为马里兰大学化学与生物分子工程系终身教授、ACS Applied Energy Materials副主编。研究工作主要集中在新型二次电池和燃料电池领域，已经发表同行评议的期刊论文290余篇，包括Nature、Science、Nature Mater.、Nature Nanotechnol.、Nature Energy、Nature Chem.、Nature Commun.、PNAS、JACS、Adv. Mater.、Angew. Chem.、Joule等国际知名期刊。其论文已被同行引用超过31933次，其中H-index为96。

姚霞银，研究员。

2009年毕业于中国科学院固体物理研究所&宁波材料技术与工程研究所，获工学博士学位。同年7月起在中国科学院宁波材料技术与工程研究所从事科研工作，期间曾先后在韩国汉阳大学、新加坡南洋理工大学、美国马里兰大学从事储能材料研究。目前研究工作集中在全固态二次电池关键材料及技术研究，已经发表同行评议的期刊论文110余篇，包括Adv. Mater.、Nano Lett.、Adv. Energy Mater.、Nano Today、ACS Nano等期刊，其论文已被同行引用超过3000余次，申请发明专利50余项。

第一作者介绍

万红利，博士，2020年于中国科学院宁波材料技术与工程研究所获得博士学位，现于王春生老师课题组从事博士后研究工作。研究工作主要集中在全固态二次电池相关材料及界面的研究。