中國粉體網(wǎng)訊  為了解決當下基于液態(tài)電解液的鋰離子電池能量密度低，安全性不高的問題，研究者提出發(fā)展新型的基于硫化物基電解質(zhì)的全固態(tài)鋰金屬電池。然而，對于硫化物電解質(zhì)，目前有兩大問題正阻礙其進一步發(fā)展。

一、鋰金屬負極兼容性差。幾乎所有的被報道的硫化物電解質(zhì)都會被金屬鋰還原。另外，因為在硫化物/金屬鋰界面不穩(wěn)定的鋰沉積，同樣會產(chǎn)生鋰枝晶，而使得電池失效。

二、空氣不穩(wěn)定性。因為硫化物電解質(zhì)中正五價的磷（P）對空氣中的氧（O）具有非常強的親和力，所以硫化物電解質(zhì)在空氣中能與水反應，從而放出硫化氫（H2S）氣體。

為了緩解硫化物/鋰負極界面的不兼容性，研究者曾多次報道富含I或者是F的鋰負極界面層有益于金屬鋰發(fā)生穩(wěn)定的沉積/去沉積。特別是當電解質(zhì)本身就含I時，通過電化學反應，原位形成的含I界面層能夠起到非常好的鋰負極保護作用。但是目前，合成具有優(yōu)異的室溫離子電導率（>10-4 S/cm），同時又具有良好的空氣穩(wěn)定性的硫化物電解質(zhì)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。從目前報道的文獻來看，基于Li-Sn-S體系的一類電解質(zhì)（Li4SnS4 和Li2SnS3）是僅有的一類在空氣中能夠穩(wěn)定存在的硫化物電解質(zhì)（導鋰離子），但是其室溫離子電導率只位于10-5 S/cm級別。硫銀鍺礦型的Li6PS5I（LPSI）硫化物電解質(zhì)，本身富含I，因而被認為具有不錯的鋰金屬兼容性。但是，其室溫離子電導率只有~10-6 S/cm。另外，與其他硫化物一樣，其在空氣中也不穩(wěn)定。

加拿大西安大略大學孫學良教授課題組運用錫（Sn）部分替換了硫銀鍺礦型LPSI硫化物電解質(zhì)中的磷（P），制備了新型的具有Sn替換的固態(tài)電解質(zhì)：LPSI-xSn（x是Sn替換百分比）。

多方面測試結(jié)果顯示：LPSI-20Sn電解質(zhì)的室溫離子電導率與LPSI電解質(zhì)相比，提高了125倍，達到了3.5×10-4 S/cm。高離子電導率讓這一富含碘（I）元素的電解質(zhì)能夠用作穩(wěn)定的鋰金屬負極夾層，使得全固態(tài)鋰金屬電池在室溫下就能順利工作。更加重要的是，得益于在空氣中能夠穩(wěn)定存在的Sn-S鍵，該硫化物電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性也得到了顯著的提升。這一一舉三得的元素替換策略為我們繼續(xù)探索、開發(fā)新型的高性能硫化物電解質(zhì)提供了新的指導思想。相關(guān)論文在線發(fā)表在最近一期Advanced Energy Materials上 。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）

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