目前，自然能源消耗日益加剧，由此导致的环境污染问题也日益严重。因此，锂离子电池的发展是当前世界范围内备受瞩目的热点。中国也对锂离子电池的发展极为重视并做出了重要规划。由于全固态电池(ASSB)与传统锂离子电池相比具有更高的安全性，因此最近引起了极大的关注。用固态电解质（SSEs）代替易燃液体有机电解质可以防止爆炸和火灾，这使得ASSBs成为电动汽车应用的最有希望选择之一。
可是，目前取得突破的固态电解质主要为硫化物电解质，例如Li/Li6PS5Cl/Li和Li/Li2Se-NR/Li6PS5Cl/Li2Se-NR/Li，这些硫化物固态电解质有着超高的离子导电率，但同时，硫化物固体电解质在与锂金属接触时不稳定，导致其分解并形成各种锂化合物。而且，固态电解质的应用导致不连续界面的点对点接触导致空隙和孔洞的出现，较有机电解质更易出现锂枝晶。
近日，Hanyang University的Jeongheon Kim团队发表了相关论文，该团队利用纳米Li2Se层做为人工固体电解质界面，以减少硫化物固体电解质的分解。当然，他们应用包括扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线(EDX)光谱、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测量等方法证明了Li2Se保护层对ASSB稳定起到的作用。
a)通过化学气相沉积在锂金属上合成纳米结构Li2Se的过程示意图。b-d)Li金属上Li2Se-NP、Li2Se-NR和Li2Se-NW的顶视图和e-g)横截面SEM图像。h)Li金属（黑线）、Li/Li2Se-NP（红线）、Li/Li2Se-NR（蓝线）和Li/Li2Se-NW（粉线）的XRD图谱。i)Li和Li2Se的晶胞沿<110>方向投影。j)Li1s/Se3d和k)Se3d的Li/Li2Se-NR的XPS光谱。
团队利用Se直接气相沉积在Li金属表面的方法制备出纳米Li2Se保护层，然后对两种对称电池Li/Li6PS5Cl/Li和Li/Li2Se-NR/Li6PS5Cl/Li2Se-NR/Li测EIS光谱，来研究添加保护层前后电池内阻的变化。结果显示Li2Se致密地覆盖锂的整个区域，没有微裂纹、孔洞和晶界，可以阻止SSE与锂金属之间的直接物理接触以及锂枝晶的渗透。
a)锂金属和b)Li/Li2Se-NR在1次和50次循环后的对称电池的EIS光谱；插图显示了电池电阻的等效电路。Li金属和Li/Li2Se-NR电池c-d)在循环前和e-f)在0.1mAcm-2下50次循环后的横截面SEM图像。h)锂金属电池和i)Li/Li2Se-NR电池的界面电荷分布示意图。
在对称电池测试中，有Li2Se保护层的电池在 140 次循环中表现出小的过电位和更稳定的循环性能，因此在具有硫化物基电解质的锂离子固态电池中的有一定的应用前景。
引用文献
Park, H., Kim, J., Lee, D., Park, J., Jo, S., Kim, J., Song, T., Paik, U., Epitaxial Growth of Nanostructured Li2Se on Lithium Metal for All Solid-State Batteries.Adv. Sci. 2021, 8, 2004204.
https://doi.org/10.1002/advs.202004204 [Physical Sciences]
原文刊载于【OALandscape】公众号
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