Small:优异水稳定性、高离子电导率和较宽电化学窗口的氧硫固态电解质材料

随着电动汽车的大规模推广与应用,动力电池安全问题成为了人们关注的首要问题。传统的动力电池采用液体电解质体系,存在着碰撞起火甚至爆炸的安全隐患;采用无机固态电解质的全固态电池有望从根本上解决以上的安全问题。目前,氧化物和硫化物固态电解质引起了人们极大的研究兴趣。硫化物具有较好的离子电导率,但电化学窗口窄且水稳定性差;而氧化物虽然显示出更宽的电化学窗口但离子电导率较低。因此,如何在提高或保持离子导电率(或在可接受的范围内)的前提下,有效地增强硫化物的水稳定性和电化学窗口成为了提高 硫化物综合性能的关键所在。

近期,在北京大学新材料学院潘锋教授和广东工业大学林展团队合作下,团队老师张丙凯副教授通过深度氧掺杂的思想,在硫化物基础上设计了一种氧硫固态电解质。结合第一性原理计算和材料数据库,对氧硫固态电解质的相稳定性、水稳定性、锂离子迁移率、电化学稳定性以及界面稳定性进行探究。证明氧深度掺杂硫化物固态电解质可以获得结构稳定的氧硫复合固态电解质材料,该结构具有优异的水稳定性、高的离子电导率、低的迁移能垒和较宽的电化学窗口等特性。氧硫固态电解质材料的室温离子电导接近30 mS cm-1,电化学窗口增加了两倍。通过这项工作,氧硫化物体系有望在固态锂电池中得到广泛应用,为提高固态电解质电导率提供了宝贵思路。相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201906374)上。