采用固态电解质(SE)和锂金属负极（或无负极设计）的全固态锂电池(ASSBs)可满足对高能量密度和卓越安全性不断增长的需求。开发具有宽电化学稳定性窗口和高离子电导率的SE是实现ASSBs实际应用的的关键组件，因此引起了人们的广泛研究。
在此，加拿大滑铁卢大学Linda F. Nazar教授报道了一系列锂混合金属氯尖晶石Li2InxSc0.666−xCl4 (0 ≤ x ≤ 0.666)无机固态电解质，其具有高室温离子电导率（高达2.0 mS cm−1）以及低电子电导率（4.7 × 10-10 S cm-1），可实现高性能ASSBs。此外，由于这些SE相对于无涂层高压正极材料具有出色的界面稳定性，与LiCoO2（LCO）或LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2（NCM85）结合的ASSBs可在高达4.8 V下（vs. Li+/Li）表现出优异的倍率性能和循环稳定性，优于最先进的ASSBs。
图片
文章亮点：
1. 这类锂混合金属氯化物无机固态电解质，可在很宽的组成范围内表现出高达2.0 mS cm-1的室温离子电导率，并具有低电子电导率（4.7 × 10-10 S cm-1），这有助于其在高压下的稳定性。
2. 这种SE具有高氧化稳定性和化学相容性，与未改性LCO、NCM622和NCM85接触时可形成稳定的界面，因此可在4.8 V（vs. Li+/Li）高压下实现出色的电化学性能。
3. 此外，这类氯化物SE具有高可塑性，它允许通过温和研磨在正极活性物质颗粒上获得半均匀的薄涂层，残留的裸表面有利于正极颗粒之间的电子传输。因此，在正极复合材料中掺入SE（10-20 wt%）可在正极复合材料中提供三维互连的混合离子/电子网络。
4. 得益于上述优势，NCM85基ASSB在室温下显示出超长的使用寿命：高达3,000次循环，容量保持率>80%。正极活性物质负载高达52.5 mg cm-2 (7 mAh cm-2) 的LCO基ASSB在室温和高温(50 °C)下也表现出非常稳定的长期循环和高比容量。具有21.6 mg cm-2高负载的NCM85基ASSB表现出>4 mAh cm-2 (>190 mAh g-1)的容量且没有衰减。
图1 Li2InxSc0.666−xCl4的XRD图和锂离子电导率
图2 Li2In1/3Sc1/3Cl4的结构和可能的锂离子扩散途径
图3 ASSBs的室温倍率性能
图4 ASSBs的长期和高压电化学性能
图5 高负载ASSBs的电化学性能
图6 NCM85和Li2In1/3Sc1/3Cl4在4.8 V高压下的界面演变
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41560-021-00952-0