中國科學院物理研究所：全固態電池技術及關鍵材料研發進展報告（128頁）.pdf

1、全固態電池技術及關鍵材料研發進展吳凡1E01,中國科學院物理研究所2中科院物理所長三角研究中心3天目湖先進儲能技術研究院4中國科學院大學固態電池路線圖2035+固態電池（SSB）中主要組分簡介以及相互間的界面相容性 SSB組分及電芯的生產工藝，原料的經濟/可持續性 有前景的幾種固態電池配置(鋰-氧化物、鋰-硫化物、硅-硫化物和鋰-聚合物)SSB的國際產業現狀及前景 從材料到電芯、電芯到應用的完整SSB路線圖2022年4月德國乃至歐洲最大的應用科學研究機構弗勞恩霍夫協會-系統與創新研究所（Fraunhofer ISI）固態電解質分類D.Wu,F.Wu*.Toward Better Batteri

2、es:Solid-State Battery Roadmap 2035+.eTransportation,2023,16,10024.快評：固態電池路線圖2035+固態電池生產工藝固態電池發展路線鋰負極-氧化物SE鋰負極-硫化物SE硅負極-硫化物SE鋰負極-聚合物SE該路線圖展示出德國乃至歐洲對固態電池未來發展的信心與雄心.目前不同技術方案并行發展,亟需更多投資和研究.立足我國現有半固態電池產業優勢,推進產學研結合,形成政府引導/科研院所助力/資本跟進/企業落地的良好生態勢在必行！D.Wu,F.Wu*.Toward Better Batteries:Solid-State Battery Ro

3、admap 2035+.eTransportation,2023,16,10024.Adv.Energ.Mat.2019 SSE電池穩定界面的高通量研究 應變穩定SSESmall.2019 液相合成SSEMT Nano,2019ESM.20232019202120222018 殼-核結構改善SSE電化學穩定性窗口Nat.Commun.2018Infomat.2021 氣相制備空氣穩定的硫基SSE 超疏水鋰離子傳導的保護層 無鋰枝晶液態鋰金屬電池 5V級高電壓正極硫化物全固態電池Nano Energ.2021 綜述：ASSLB熱穩定性研究進展 綜述：SSE在硅負極全固態電池中的應用ESST.20

4、21 硫化物固態電解質公斤級制備,2021 大尺寸硫化物電解質膜批量制備,2021 大容量硫化物全固態軟包電池,2021Adv.Energ.Mat.2021Adv.Mat.2021Adv.Func.Mat.2021 硫代硼酸鹽鋰超離子導體的進展J.Mat.Res.2022 無機固態電解質離子電導率提升的摻雜策略和機理JMCA.2022 中國固態鋰離子電池研發及產業化進展App.Phy.Lett.2022 鋰電池的空氣/水穩定性問題及解決方案Energ.Mat.Adv.2022 對硫化物SSE穩定的富鎳層狀氧化物正極eScience.2022 富鎳層狀正極與SSE界面穩定機理研究Nano Ene

5、rgy 2022 SSE熱穩定性研究ACS Nano.2022 本征熱力學模型預測SSE熱穩定性Infomat.2022 綜述：SSE及ASSLB空氣穩定性EER.2022 改性干法粘結劑助力長壽命SSE全固態電池 富Li3PS4相SEI層實現長壽命鋰金屬硫化物基ASSLBMaterials Today.2022 綜述：固態離子學熱點問題與展望Prog.Mat.Sci.2022 用鋰基有機溶液液相合成Li2S和Li3PS4CPB.2022Adv.Energ.Mat.2022Adv.Mat.2022 硫代砷酸鹽超離子導體實現寬溫、長循環、高負載的黃鐵礦全固態電池Adv.Func.Mat.2022

6、 綜述：干法制膜2023 快評：固態電池路線2035+eTransportation.2023 轉換型氟化鐵陰極ASSLBJMCA.2023 液態有機正極搭配硫化物SSEBattery Energy.2023 綜述：固態鋰電池中的陽極界面問題Energy&Environ Materials.2023 高安全、寬溫區、微外壓、無枝晶的硫化物基鋰電池硫化物全固態電池關鍵問題B-V,Nernst,Tafel,Ohmic,Siemens,Dassult材料界面電芯56固態離子學中四個關鍵主題及其答案：重要的科學問題、理論和實驗方法、有前途的研究方向以及固態離子學設備的跨領域應用固態離子學術語發展歷史及

7、淵源1:簡介及固態離子學研發歷史2:固態離子學中的重要科學問題和基礎原理3:固態離子學理論分析與實驗表征方法3.1:Theoretical methods:High-throughput calculation to screen a large configuration;Machine learning;Time-dependent density functional theory;Molecular Dynamics.3.2:Experimental methods:Direct observation of space-charge fields and space-charge d

8、ynamics;In-situ imaging techniques at multi-scale length systems;Space-resolve and time-resolve techniques;3D Tomographic methods;Improved Isotope techniques4:固態離子學未來研究方向 4.1:Multi-discipline topics relevant to ionics:Opto-ionics;Bio-inspired ionics;Ionics&Information;Ionics&Energy;Ionics&Catalysts;

9、Nano-Ionics.4.2:New superionic conductors:Oxide/sulfide based superionic conductors;Experimentally-synthesized/Theoretically predicted new superionic conductors by unsupervised machine learning 4.3:Mechanical-chemical coupling 4.4:Field-induced defects.4.5:Underlying effects on diffusivity5:固態離子學器件應

10、用:Sensing devices&Actuators;Artificial-intelligence-based SSI devices;Solid-state batteries;Integrated devices;Flexible,implantable devicesF.Wu,et al Progress in Materials Science(IF=40),2022,126，100921導離子機理及固態離子學基礎科學問題1:簡介及固態離子學研發歷史2:固態離子學中的重要科學問題和基礎原理3:固態離子學理論分析與實驗表征方法4:固態離子學未來研究方向5:固態離子學器件應用電極界面穩

11、定性新型硫化物電解質LASI-Si 相比Li6和LiSiPSCl，LASI-75Si電解質展示出與FeS2電極更加優異的界面穩定性，界面化學反應能最??；使用了高離子電導率的LASI-75Si電解質構建離子導電網絡，FeS2電極顯示出更高的鋰離子擴散系數和更多來自于電極表面的快速反應而非電極內部體相擴散的緩慢反應，也即更高的贗電容貢獻。P.Lu,Y.Xia,G.Sun,S.Shi,Z.Sha,L.Chen,H.Li,F.Wu*,Advanced Functional Materials,2022,2211211.電極反應動力學倍率性能高負載性能LASI-75Si的高離子電導率支持室溫高面容量(9

12、mAh/cm2)厚電極FeS2，及全固態電池超高倍率(20C)電流密度(30mAcm-2）高面容、高負載、高倍率性能隨溫度升高，比容量增加，充電平臺電位下降，說明極化/過電勢減小。60LASI-80Si的分解更顯著，初始容量較高，但由于生成了鈍化層界面，后續比容量變得平穩。P.Lu,Y.Xia,G.Sun,S.Shi,Z.Sha,L.Chen,H.Li,F.Wu*,Advanced Functional Materials,2022,2211211.高低溫性能及不同溫度的反應動力學FeS2LASI-S全固態電池301C下600圈長循環低溫性能及EIS-DRT分析,高溫下固態擴散和電荷轉移電阻起

13、主要作用。極低溫(-60)下SE顆粒間鋰離子傳導為速率限制過程長循環性能，高低溫EIS-DRT分析11無機固態電解質離子電導率提升的摻雜策略和機理總 結 導 鋰 氧 化 物 固 態 電 解 質 和 石 榴 石 型 電 解 質Li7La3Zr2O12(LLZO)的研究進展和重要工作，包括燒結氣氛/加工條件的影響、以及單離子摻雜(Ga3+/Ge4+)和雙離子摻雜(Ga3+，Sc3+)技術等。在此基礎上，我們從微觀/宏觀結構的角度提取了6種不同摻雜策略對LLZO的影響，包括致密度、相結構、離子占位行為、鋰離子含量、空位濃度和局部無序。Y.Wang,Y.Wu,Z.Wang,L.Chen,H.Li*,F

14、.Wu*J.Mater.Chem.A,2022,10,4517-453212提高固態電解質離子電導率的摻雜策略提高固態電解質離子電導率的摻雜策略的四個重要特征a)通過不同摻雜元素和摻雜含量調節Li+的離子占用率，可以使離子傳導更快。b)通過離子摻雜調節鋰空位濃度，可以改變鋰離子的遷移機制。c)通過離子摻雜進行電荷補償，使電解質中Li+含量增加，Li+遷移數增加。d)異價離子摻雜引起的局部紊亂增強了Li導電材料的離子導電性。Y.Wang,Y.Wu,Z.Wang,L.Chen,H.Li*,F.Wu*J.Mater.Chem.A,2022,10,4517-453213摻雜策略在硫化物固態電解質中的應

15、用Li6+xP1xSixS5IIonic Conductivity(S cm1)Activation Energy(eV)X=03.13 1060.248X=0.13.10 1050.264X=0.258.68 1040.167X=0.57.34 1030.112根據機理(a)，通過不同摻雜元素和摻雜濃度調節Li離子的離子占用率，促進離子傳導。本研究通過Si4+離子摻雜Li6+xP1-xSixS5I(0 x0.5)來增加Li+的含量，以促進Li+在亞結構中的擴散。另一方面根據機理(d)，在P5+位上的Si4+增加了I/S2位的無序性，改變了鋰的亞結構，促進Li+遷移，導致離子電導率增加，活化能

16、急劇降低。Y.Wang,Y.Wu,Z.Wang,L.Chen,H.Li*,F.Wu*J.Mater.Chem.A,2022,10,4517-4532通過鋰基有機溶液液相合成Li2SDME vs.THF 溶劑比較(250 燒結)均呈現Li2S的特征峰 DME溶劑對應于良好結晶性的Li2S熱處理前和不同熱處理溫度：100 真空干燥后去除DME溶劑 隨燒結溫度升高，衍射峰峰強增強且尖銳Li2S(300 燒結)形貌特征：540 m的團聚大顆粒 由50 nm的顆粒組成Li2S合成路徑溶劑和燒結溫度篩選14 使用液相合成Li2S所合成的Li6PS5Cl具有和使用商業Li2S所合成的Li6PS5Cl相近的離

17、子電導率和電子電導率 所組裝NCM811/Si體系電池運行良好Li6PS5ClsamplesSynthesized Li2S4.571034.45109Purchased Li2S6.031036.67109所合成Li2S應用于Li6PS5Cl的固相合成15通過鋰基有機溶液液相合成Li2SJ.Xu,Q.Wang,W.Yan,L.Chen,H.Li.F.Wu*Chinese Physics B,2022,31,098203.通過鋰基有機溶液液相合成Li3PS4合成路徑16J.Xu,Q.Wang,W.Yan,L.Chen,H.Li.F.Wu*Chinese Physics B,2022,31,09

18、8203.通過鋰基有機溶液液相合成Li3PS4兩種合成路徑的比較Li3PS4samplesTwo-step1.851042.571011One-step1.741044.70109Two-step route vs.one-step route 兩種路徑均合成純相Li3PS4，兩步法所合成材料具有更小的顆粒尺寸 兩步法所合成的Li3PS4具有更為優異的電化學性能17-20020406080100100500-50-100-150-200-250 Impedance/Impedance/5.88mS/cm批次公斤級制備硫銀鍺礦型硫化物固態電解質ion=5.88 mS/cme-=4.7510-10

19、S/cm微米化處理后顆粒為3微米每批次公斤級（合成時間一周左右）02000400060008000 10000 12000 140000.00.51.01.52.0 Current/nATime/se-=4.7510-10 S/cm硫化物全固態電池關鍵問題B-V,Nernst,Tafel,Ohmic,Siemens,Dassult材料界面電芯19硫化物固態電解質空氣穩定性問題Air Stability of Sulfide Solid-State Batteries&ElectrolytesH2OH2SSulfide Solid ElectrolyteAir stabilitySulfide

20、SEsH2SSulfide ASSBH2O有毒氣體H2S的產生電解質結構破壞電化學性能衰減硫化物電解質空氣穩定性研究框架P.Lu#,D.Wu#,L.Chen,H.Li*,F.Wu*.Electrochemical Energy Reviews.2022,5:3.硫化物固態電解質空氣穩定性研究歷史及理論基礎 玻璃無規則網絡理論 軟硬酸堿理論 熱力學分析 界面反應動力學Kim,Y.et al.J Non Cryst Solids.351,37163724(2005).Klopman,G.J.Am.Chem.Soc.90,223234(1968).Mo,Y.F.et al.Angew.Chem.In

21、t.Ed.59,1747217476(2020).Kim,J.S.et.Al.Solid State Ion.346,115225(2020).P.Lu#,D.Wu#,L.Chen,H.Li*,F.Wu*.Electrochemical Energy Reviews.2022,5:3.硫化物電解質空氣穩定性研究歷史 XRD XANES硫化物固態電解質空氣穩定性表征方法宏觀化學反應現象微觀化學成分和結構電化學性能 H2S氣體生成量 形貌及質量變化 Raman光譜P.Lu#,D.Wu#,L.Chen,H.Li*,F.Wu*.Electrochemical Energy Reviews.2022,5

22、:3.鋰電池的空氣/水穩定性問題及解決方案23從結構穩定性和表面構建空氣/水穩定保護層兩方面總結固態電解質、正極和負極的空氣/水穩定性的研究進展揭示結構不穩定的本質原因及相應表征方法,介紹構建空氣/水穩定保護層的幾種方法,討論空氣/水穩定保護層在ASSBs中的應用,對空氣/水穩定保護層的發展前景進行展望。M.Yang,L.Chen,H.Li*,F.Wu*.Energy Materials Advances,2022,9842651.一步氣相法合成空氣穩定硫化物固態電解質24P.Lu,L.Liu,S.Wang,J.Xu,J.Peng,W.Yan,Q.Wang,H.Li,L.Chen,F.Wu*.

23、Advanced Materials,2021,2100921,1項PCT專利,2項中國發明專利LSPSC,LPS發生明顯顏色變化：與水發生劇烈化學反應,電子電導率顯著提升；新型硫化物顏色變化不大：無明顯化學反應，電子電導率變化不大；100%濕度環境中穩定S1S225目前鋰離子電導率最高的空氣穩定硫化物26P.Lu,L.Liu,S.Wang,J.Xu,J.Peng,W.Yan,Q.Wang,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Advanced Materials,2021,2100921,1項PCT專利,2項中國發明專利 濕空氣環境組裝電池，均不能正常工作；只有新型硫化物濕空氣暴露再加熱恢復后

24、，電池仍可正常工作。全固態電池濕度環境下性能對比27P.Lu,L.Liu,S.Wang,J.Xu,J.Peng,W.Yan,Q.Wang,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Advanced Materials,2021,2100921,1項PCT專利,2項中國發明專利空氣穩定全固態電池性能28P.Lu,L.Liu,S.Wang,J.Xu,J.Peng,W.Yan,Q.Wang,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Advanced Materials,2021,2100921,1項PCT專利,2項中國發明專利硫化物固態電解質膜的不穩定性問題及解決思路29J.Xu,Y.Li,P.Lu,W.Yan

25、,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Advanced Energy Materials,2021,2102348,1項中國發明專利；30硫化物固態電解質膜空氣失效的解決方法J.Xu,Y.Li,P.Lu,W.Yan,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Advanced Energy Materials,2021,2102348,1項中國發明專利；極端環境（水）穩定的硫化物固態電解質膜3132保護膜比例調控及優化J.Xu,Y.Li,P.Lu,W.Yan,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Advanced Energy Materials,2021,2102348,1項中國發明專利；33保護膜厚

26、度調控及優化水穩定硫化物固態電解質膜的全固態電池性能34水穩定硫化物固態電解質膜的全固態電池性能35J.Xu,Y.Li,P.Lu,W.Yan,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Advanced Energy Materials,2021,2102348,1項中國發明專利；硫化物全固態電池關鍵問題B-V,Nernst,Tafel,Ohmic,Siemens,Dassult材料界面電芯3637系統層面加壓材料層面限容F.Wu,et.al.Nature Communications,2018,9(1),4037；F.Wu,et.al.Small,2019,1901470.提出新理論-“應變穩定化理

27、論”-理解硫化物固態電解質電化學穩定性38積分分析表明核殼結構使LSPS硫化物固態電解質電化學穩定窗口從1.7-2.1V拓寬至0.7-3.1V;F.Wu,et.al.Nature Communications,2018,9(1),4037(Editors Highlight).一定合成條件下獲得的LSPS硫化物固態電解質電化學穩定區間可拓寬至0.7-5V;材料層面限容-“應變穩定化理論”的實驗驗證1:Core-shell structure can be created not only during synthesis,but also during post-synthesis proce

28、ssing.2:Shell with higher Si and lower S concentration can result to better electrochemical stability.3:Core-shell structure can generally improve the electrochemical stability of sulfide SE(LSPS and LGPS)F.Wu(co-first),et.al.Strain-Stabilized Ceramic-Sulfide Electrolytes,Small,2019,1901470.材料層面限容-“

29、應變穩定化理論”的實驗驗證-電化學性能Decomposition of LGPS results to S-rich particles.S-deficient shell protects core-shell LGPS from decomposition.Normal LGPSCore-shell LGPSF.Wu(co-first),et.al.Strain-Stabilized Ceramic-Sulfide Electrolytes,Small,2019,1901470.材料層面限容-“應變穩定化理論”的實驗驗證-微觀形貌及成分表征硫化物全固態電池關鍵問題B-V,Nernst,Ta

30、fel,Ohmic,Siemens,Dassult材料界面電芯4142硫化物固態電解質與電極材料的界面問題：界面電化學反應元素互擴散空間電荷層高通量計算，從67000種材料中篩選包覆材料凸包元素組合迭代而非材料迭代計算。高通量計算材料所含元素對其和LSPS界面化學穩定性的影響：負相關（紅色）元素能穩定界面，正相關（藍色）元素不利于化學界面穩定優化高通量計算方法，預測硫化物全固態電池界面穩定性-元素層面F.Wu,et.al.A High-Throughput Search for Functionally Stable Interfaces in Sulfide Solid-State Lith

31、ium Ion Conductors,Advanced Energy Materials,2019,1900817.43F.Wu,et.al.,Advanced Energy Materials,2019,1900817.優化高通量計算方法，預測硫化物全固態電池界面穩定性-電壓區間層面從67000種材料中篩選出2000（1000）種包覆材料在正（負）極側與LSPS兼容。For the anode range,nitrogen,phosphorous,and iodine containing compounds have the highest percentage of stable com

32、pounds(24%),whereas all other classes are below 1%.The cathode range showed much higher percentages with S-containing compounds reaching 35%.Iodine and selenium were both above 10%.Table 2 provides a list of representative materials from each of the six highest performing anionic classes recommended

33、 for future study.F.Wu,et.al.A High-Throughput Search for Functionally Stable Interfaces in Sulfide Solid-State Lithium Ion Conductors,Advanced Energy Materials,2019,1900817.44優化高通量計算方法，預測硫化物全固態電池界面穩定性-功能穩定性層面45SiO2,MgF2,ZnS與LSPS化學兼容。SnO2,Li2S分別在在2-4V和0-1.5V電化學穩定實驗驗證界面保護層的穩定效果高工作電壓(4.7V v.s.Li/Li+)；

34、快速的三維鋰離子擴散通道；能量密度640Wh kg-1，理論比容量為147mAh g-1無鈷,成本低,環境友好LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)優點5V級高電壓正極LNMO高工作電壓導致電解液易分解電解液易與LNMO反應導致Mn溶解，降低LNMO的循環穩定性，特別是高溫下的穩定性缺點理論研究：通過改性手段，室溫/高溫下該材料在液態LIBs循環性能得到解決。然而高電壓電解液尚不成熟，產業化應用還需時間。LNMO用于硫化物全固態電池體系，界面問題嚴重，難以穩定運行。研究現狀僅限于表面包覆LNMO，但無法做到完全均勻薄層包覆；且循環過程中體積變化大，導致包覆材料脫落，短時間工作后就失效；包覆模

35、式孰優孰劣還無定論。本工作提出的硫化策略，對LNMO本身進行改善。解決方案固相法體相摻S,合成無序結構LNMO。隨S含量增加，XRD衍射峰向低角度偏移，晶格參數增大。若摻雜過量S(LNMOS0.7)，會使陽離子有序度增加、晶格畸變、晶格常數變化及應力等。SamplesSpace groupa()Vol.(3)(%)LNMO8.1733(5)546.0108/LNMOS0.18.1956(1)550.48380.27LNMOS0.158.2015(7)551.68510.35LNMOS0.28.1978(5)550.93650.30LNMOS0.78.2808(8)567.84621.32固相法

36、合成無序結構LiNi0.5Mn1.5O4-SxY.Wang,Y.Lv,Y.Su,L.Chen,H.Li,F.Wu*.5V-Class Sulfurized Spinel Cathode Stable in Sulfide All-Solid-State Batteries.Nano Energy,2021,90,106589.1項中國發明專利48LiNi0.5Mn1.5O4-Sx晶體結構v（a)(e）（c)（b)（d)LNMO,LNMOS0.1,LNMOS0.15,LNMOS0.2,LNMOS0.7 均具有典型八面體結構在S 2p中168.9 eV的結合能可歸為金屬-O-S鍵,對O有束縛作用且

37、抑制其擴散,從而緩解了LNMO與LPSCl之間的化學反應和界面副反應vvLNMOS界面穩定根源Y.Wang,Y.Lv,Y.Su,L.Chen,H.Li,F.Wu*.5V-Class Sulfurized Spinel Cathode Stable in Sulfide All-Solid-State Batteries.Nano Energy,2021,90,106589.(c)LNMO/LPSCl在2=41.832,62.816處出現LixMnyO4的衍射峰(綠線)。且LPSCl的主衍射峰(藍色線)明顯減弱。LNMOS0.15/LPSCl無新峰，說明S摻雜可以抑制LNMO和LPSCl之間的化

38、學反應。S摻雜能夠構建穩定的界面，從而促進離子在充電過程中的遷移，抑制副反應、提高正極的離子/電子電導率。vvY.Wang,Y.Lv,Y.Su,L.Chen,H.Li,F.Wu*.5V-Class Sulfurized Spinel Cathode Stable in Sulfide All-Solid-State Batteries.Nano Energy,2021,90,106589.1項中國發明專利LNMOS離子擴散系數和界面穩定性LNMOS正極-硫化物全固態電池51162.1ev處的Li2Sx164.5ev單質SLNMOS0.15在充電至2V及1st循環都無單質硫，說明硫摻雜可有效緩解

39、界面不相容問題。LNMOS0.15 ASSLIB循環和倍率性能遠高于LNMO52Cathode/SSE/anodeStrategySythetic methodCurrent density1st(mAh/g)10thCapacity retentionLiNbO3-coated LiNi0.5Mn1.5O4|LGPS|InLisurface coatingSolgel method0.05C8071.3%3 wt%-LiNbO3-coated LiNi0.5Mn1.5O4/LGPS/Lisurface coatingSolgel method0.05C7677.6%Li3PO4-coated

40、 LiNi0.5Mn1.5O4|80Li2S 20P2S5|Insurface coatingPulsed laser deposition 0.064 mA cm262/8 wt%LiNbO3-coated LiNi0.5Mn1.5O4|LPSCl|Lisurface coatingWet-chemistry approach0.1C11569.56%2 wt%Li3PO4-coated LiNi0.5Mn1.5O4|LPSCl|Lisurface coatingWet-chemistry approach0.1C20+/8 wt%Li4Ti5O12-coated LiNi0.5Mn1.5O

41、4|LPSCl|Lisurface coatingWet-chemistry approach0.1C7/LiNi0.5Mn1.5O4-Sx|LPSCl|Li4Ti5O12sulfurize LNMO itselfSolid-state method 0.1C77.990.1%體相摻雜優化后的LNMOS正極與硫化物兼容穩定性大幅提升，循環壽命顯著延長，容量保持率顯著提高LNMOS硫化物全固態電池性能對比Y.Wang,Y.Lv,Y.Su,L.Chen,H.Li,F.Wu*.5V-Class Sulfurized Spinel Cathode Stable in Sulfide All-Solid

42、-State Batteries.Nano Energy,2021,90,106589.1項中國發明專利高鎳層狀三元正極NCM/硫化物界面研究系統性探究LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2(NCM83)表面鋰空位濃度、晶格結構和化學成分以及電化學相變對硫化物全固態電池界面和循環穩定性的影響，詳細闡明了界面衰退以及容量衰減機制。NCM83體相晶體結構(a)(b)(c)(d)(e)NCM83表面殘鋰含量水洗去除表面Li2O、Li2CO3、LiOH濕空氣暴露增加表面Li2CO3含量體相保持良好層狀結構J.Wang,Z.Zhang,J.Han,X.Wang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.

43、Nano Energy,2022,100,107528.(g)(h)(i)(j)(k)(l)(006)2.42(006)(-102)R010(104)(m)(p)(q)(r)(s)(t)NCM-LR4NCM-LR1NCM-LR1LayeredNiCoMnONiCoMnOLayered(-102)2.15 30 nm30 nm73.82.35 NCM(012)Li2O(012)2.08 NCM-LR45 nmRock saltLayered(002)2.06(002)F010(200)(003)4.73(a)(b)NCM-LR1NCM-LR4NCM R(006)NCM R(102)(n)(o)N

44、CM R(003)NCM F(002)Li2O F(012)NCM R(102)(c)(d)(e)(f)(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)NCM83表面化學成分和晶格結構高鎳層狀正極/硫化物界面研究XPS深度剖析Li2CO3Li2OHR-TEMNCM rock saltNCM layeredNCM-LR4表面含有大量Li2O/Li2CO3。水洗后，NCM-LR1表面Li2O轉化成LiOH，殘鋰含量顯著下降。NCM-LR4表面晶格結構為巖鹽相。水洗+高溫熱處理后，NCM-LR1表面結構為層狀。NCM-LR1表面(003)晶面間距擴大，(102)晶面間距縮小。Li-H2O

45、相互作用導致表面Li空位生成。J.Wang,Z.Zhang,J.Han,X.Wang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.Nano Energy,2022,100,107528.(a)(b)Li2CO3含量增加Li2O/Li2CO3、NCM巖鹽相含量減少(c)正極/電解質界面電阻鋰空位、相變、殘鋰層組分、晶體結構(a)(c)(d)(b)NCM83|LPSCl|LTO 1.25 2.75 V vs.LTO,30Li2O/Li2CO3、NCM巖鹽相含量增加H1和H2+H3區間鋰離子擴散系數隨Li2O/Li2CO3、NCM巖鹽相含量減少顯著下降H1、H2+H3相變被抑制NCM83表面鋰空位引發界面鋰

46、離子遷移，硫化物側貧鋰層增厚，同時正極內鋰空位被占據，鋰離子傳輸受阻，H1相變被抑制。Li2O/Li2CO3抑制空間電荷層和高電壓界面副反應，降低界面阻抗，提升H2+H3相變活性。NCM巖鹽相較層狀相更穩定，不易發生氧析出，含氧界面副產物減少。J.Wang,Z.Zhang,J.Han,X.Wang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.Nano Energy,2022,100,107528.Li2O/Li2CO3和NCM巖鹽相穩定正極/電解質界面，提升倍率性能。LiOH/Li2CO3 為NCM-LR3表面殘鋰主要成分。Li2CO3高電壓分解產生CO2。CO2與LiOH反應生成H2O，從而引發硫化

47、物電解質分解，增大界面阻抗，容量顯著衰減。H3相變導致層間距坍縮，晶格參數發生明顯變化，造成NCM內部晶格應力增大，引發微裂紋生成。H1相變區域鋰離子擴散速率降低，NCM晶格內形成鋰離子濃度梯，造成晶格參數不一致，增大晶格應力并引發微裂紋產生。H1和H3相變被抑制減少微裂紋產生，提高循環穩定性。(a)(c)(d)(b)電解質分解電解質分解界面處電解質分解39.4%500周NCM顆粒微裂紋被抑制 94.1%500周穩定正極/電解質界面 78.8%500周硫化物全固態電池性能J.Wang,Z.Zhang,J.Han,X.Wang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.Nano Energy,2022

48、,100,107528.高鎳正極-硫化物固態電池界面和循環穩定性機理解釋NCM83表面鋰空位引發界面鋰離子遷移，擴大界面貧鋰層，同時NCM晶格內鋰空位被占據，鋰離子傳輸受阻，H1相變活性降低。Li2O/Li2CO3可抑制空間電荷層，增強界面穩定性，提升H1和H2+H3相變活性。LiOH/Li2CO3則會引發電解質分解，極大降低電池性能。NCM巖鹽相具有鋰離子傳輸能力，并且較穩定，可抑制含氧界面副產物生成，提升H1和H2+H3相變活性。H1和H2+H3相變被抑制導致可逆容量降低，但可以減小NCM內部晶格應力，抑制微裂紋產生，提升循環穩定性。J.Wang,Z.Zhang,J.Han,X.Wang,

49、L.Chen,H.Li,F.Wu*.Nano Energy,2022,100,107528.58一種高效低成本的硫化策略(N2、CS2、Ni88),緩解界面問題三元正極材料的表面硫化策略，提升與硫化物的界面兼容性v超薄硫化層可以降低界面副反應、減小界面電阻、提高界面穩定性兩對衍射峰明顯分離，良好的層狀結構vvLiNi0.88Co0.06Mn0.03O2-S2-4OS159正極材料XPS測試說明O-S鍵抑制高鎳中O的釋放，進而抑制硫化物電解質的氧化分解1-51Nano Energy 2019,63:103887.2Applied Physics Letters 2014,104:1116013A

50、pplied Surface Science,1999,148(3-4):196-204.4 Materials,2019,12(7):1056.5ACSAppl Mater Interfaces 11,43138-43145v 放電比容量接近于液態LIB 優異的倍率性能Y.Wang,Z.Wang,D.Wu,Q.Niu,P.Lu,T.Ma,Y.Su,L.Chen,H.Li,F.Wu*，eScience,2022,2,5,537-545v表面硫化Ni88-S在硫化物全固態電池中的性能60循環500周容量保持率87%vNi88-S構筑穩定界面，促進離子遷移61vv表面硫化三元正極,提升硫化物固態電

51、池界面穩定性Y.Wang,Z.Wang,D.Wu,Q.Niu,P.Lu,T.Ma,Y.Su,L.Chen,H.Li,F.Wu*，eScience,2022,2,5,537-545 表面硫化后有助于穩定氧化物正極和硫化物電解質之間的界面，顯著提高硫化物全固態電池的電化學性能。創新：硫化策略具有操作簡單、成本低、可擴展性強等優點硫化物固態電解質+液態鋰負極，解決現有問題電解液替換固態電解質氧化物MOF硫化物缺點：1.極高溫燒結2.界面接觸差3.制造難度大4.室溫離子電導率低缺點：1.成本高2.制備工藝復雜3.熱穩定性差4.室溫離子電導率低優勢：1.最高的室溫離子電導率2.理想的機械延展性（冷壓可實

52、現完全致密層）Li+/Na+/K+e-室溫液態Li金屬-Li/Na/K-BP-DME溶液金屬鋰替換液態金屬高溫液態Li金屬液態Na-K合金缺點：1.需要高溫維持液態（熔點180度）2.界面潤濕性差3.安全性差缺點：1.界面潤濕性差2.安全性差優勢：1.室溫即為液態2.界面潤濕性好3.安全性好，與水和空氣反應溫和，不起火4.從本質上抑制鋰金屬枝晶的形核和生長從本質上抑制鋰金屬枝晶的形核和生長新的電池結構（液態鋰金屬+硫化物固態電解質）LPS pelletLi-Bp-DMELi-Bp-DMEProtective layer1傳統的電解液電池不可行應用創紀錄的超高電流密度（17.78 mA cm-2

53、）和長循環壽命（3000 h）提出聯苯的溶解性在應用液態鋰金屬負極之前，首先準確測量鋰金屬在不同濃度的Bp-DME 溶液中的溶解度，并找到更高鋰摩爾量和更高離子/電子電導率的最佳Li-Bp-DME 溶液作為負極金屬鋰的溶解性Bp 在 DME 中的溶解度隨溫度升高呈指數增長，在60C 時達到49.5,是室溫25C時的 7 倍（6.45）。生物冰水浴恒溫裝置液態鋰負極系統性研究-1.聯苯和金屬鋰的溶解性溫度越高，溶解在Bpy(DME)10中的鋰越多。室溫下，Bp3(DME)10具有最大的鋰溶解度?？傠妼蔐ixBpy(DME)10總電導率總結表1.圖3a:臺式電導率儀測得LixBpy(DME)10

54、溶液的總電導率total隨溫度T線性增加。2.圖3b:LixBpy(DME)10的total隨x增加而增加并出現極大值。Li1.5Bp3.0(DME)10在室溫下達到最大值12.2 mS cm1，Li3.0Bp3.0(DME)10在60下達到最大值22.5 mS cm1。3.圖3c用柱狀圖表示了total與x的關系，為比較x、溫度、y不同時的total規律提供了新的視角。4.為比較不同方法測得的LixBpy(DME)10溶液的total差異，測量2060LixBpy(DME)10溶液的EIS，如圖3d所示。兩種方法得到的total值差異很小，且趨勢相同。表明了不同方法測得的total的一致性，

55、并為通過從不同測量方法獲得的總電導率中減去電子電導率來計算離子電導率提供了依據。液態鋰負極系統性研究-2.液態金屬鋰的電化學性能電子電導率1.圖4b:e隨溫度線性增加。室溫下Li1.5Bp3.0(DME)10溶液的e達8.54 mS cm1，60Li1.5Bp3.0(DME)10溶液的e達14.97 mS cm1。2.圖4c:e 隨x增加而逐漸增加,在x=1.5時達最大值。3.圖4d:直方圖描述e與x和y的關系。對LixBpy(DME)10溶液，鋰x相同y不同，e差別不大。液態鋰負極系統性研究-2.液態金屬鋰的電化學性能離子電導率+黏度304050600246810 Li0.5Bp3DME10

56、 Li1.0Bp3DME10 Li1.5Bp3DME10 Li2.0Bp3DME10s sion(mS/cm)T()0.51.01.52.0 LixBp3DME10 25 LixBp3DME10 40 LixBp3DME10 60 xs sion(mS/cm)ion(mS/cm)x0.511.52102468LixBpyDME10 25 50 60y=3.0y=1.50.00.51.01.52.02.53.03.5LixBpyDME10 x0.1h h/mPa*s1.00.70.50.11.00.52.01.5y=0.5y=1.5y=3.00.00.51.01.52.01.01.52.02.5

57、3.03.5 LixBp0.5DME10 LixBp1.5DME10 LixBp3.0DME10h h/mPa*sxT=25abcde1.圖5a:ion隨T增加而增加,Li2.0Bp3.0(DME)10室溫4.28 mS/cm,607.8 mS/cm2.圖5b-c:ion隨x增加而增加。ion始終低于e，說明溶劑化電子比離子更易遷移3.圖5d-e:LixBpy(DME)10的粘度()與鋰摩爾量(x)呈正相關基于上述結果，Li1.5Bp3(DME)10溶液在室溫下的電化學性能最佳（最高的總電導率12.2 mS cm-1,電子電導率8.54 mS cm-1,離子電導率3.66 mS cm-1），選

58、擇其為最佳負極材料。液態鋰負極系統性研究-2.液態金屬鋰的電化學性能LPS pelletLi-Bp-DMELi-Bp-DMEProtective layer1新型電池構造：液態鋰金屬+硫化物固態電解質使用Li1.5Bp3(DME)10溶液作負極,需用固態電解質物理分離負極液體和正極避免短路。硫化物離子電導率最高，且在室溫下冷壓即可制成致密低孔隙率粉餅。因此以Li1.5Bp3(DME)10液態負極和硫化物組成的新型電池可從本質上抑制鋰枝晶.電流密度0.127 mA/cm2，單位面容量0.254 mAh/cm2,可穩定循環近3000 hLi-Bp-DME/PEOLPS/Li-Bp-DME對稱電池，

59、循環時間：3000h；累積面容量：179.83 mAh/cm2；為硫化物固態電解質基對稱電池中的最高值新型電池電化學性能-長循環壽命（3000h）1.圖b,當CCD達17.78 mA/cm2時無電壓降，單位面容量達17.78mAh/cm2。且測得的CCD受儀器截止電壓(5v)限制。2.圖c,穩定循環三次,總循環時間延長.單位面容量3.81mAh/cm2下獲得10.16mA/cm2 的高CCD。3.17.78 mA/cm2是室溫固態電解質基堿金屬電極能實現的最高值。4.Li+傳輸、電荷轉移、Li吸附擴散和空洞擴散是固態鋰金屬電池中CCD的決速步 液態負極可避免固體鋰負極中空洞層剝離造成的接觸損失

60、液體負極有助于負極與硫化物SE界面接觸均勻而緊密，從而電子分布均勻，Li+輸運迅速。這兩個優點打破了決速步的限制，大幅提升了CCD。5.Li-Bp-DME溶劑化電子溶液中的Li+可與Bp自由基陰離子形成穩定(Bp)Li+(C4H10O2)結構。故不會出現固體金屬鋰，從而抑制了電極/SE界面或硫化物SE內部的鋰枝晶形核生長。新型電池電化學性能:高電流密度17.78mA/cm2高面容量17.78mAh/cm2J.Peng,D.Wu,F.Song,S.Wang,Q.Niu,J.Xu,P.Lu,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Advanced Functional Materials,2021,2

61、105776.051015202530 Critical current density Per-cycle plating capacity1234 567 891418SulfideOxideLiquid HydrideLiPONPolymerThis workCritical current density(mA cm-2)Per-cycle plating capacity(mAh cm2)1511101219 201316 1721 22 23051015202530本工作中的CCD和單周面容量是室溫固態電解質基堿金屬電極電池中的最高值。與硫化物固態電解質高界面穩定性新型負極J.Pe

62、ng,D.Wu,F.Song,S.Wang,Q.Niu,J.Xu,P.Lu,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Advanced Functional Materials,2021,2105776.71全電池應用J.Peng,D.Wu,P.Lu,Z.Wang,Y.Du,Y.Wu,Y.Wu,W.Yan,J.Wang,H.Li,L.Chen&F.Wu*.Energy Storage Materials(IF=20.831)2023,54:430-439.液態鋰負極電池體系優勢J.Peng,D.Wu,P.Lu,Z.Wang,Y.Du,Y.Wu,Y.Wu,W.Yan,J.Wang,H.Li,L.Che

63、n&F.Wu*.Energy Storage Materials(IF=20.831)2023,54:430-439.與金屬鋰相比，液態金屬鋰溶液（Li-BP-(TEG)DME）由于不易燃和抑制鋰枝晶成核/生長的能力而顯示出更好的安全性。這些優越的特性使得室溫Li-BP-(TEG)DME電池在本質上比高溫熔融鋰電池和鋰金屬液體電解質電池更安全。高安全、寬溫區、低外壓、無枝晶的硫化物基鋰離子電池73Li-BP-DME、Li-BP-TEGDME和金屬鋰的安全測試。(a)金屬鋰陽極與蒸餾水的反應。(b)Li-BP-DME液體陽極與蒸餾水的反應。(c)Li-BP-TEGDME液體陽極與蒸餾水的反應。遇

64、水安全性測試1.制備簡單、高效，可以在室溫下幾個步驟內完成；2.液態鋰溶液中各分子相互作用機理，存在鋰離子；3.潤濕性更好比任何熔融堿金屬或其合金1.對鋰電位低且可調；2.高離子，電子導電性；3.對稱電池證明飽和/不飽和液體鋰的可逆鋰剝離/沉積，顯示出良好循環穩定性4.SEM結果表明PEO與液態鋰溶液有良好的化學穩定性，與對稱電池對應。液態鋰負極電池體系優勢該電池可在微小外壓(3kPa)下運行，并在寬溫范圍(-2050)內表現出良好性能。此外，在30C下運行時已實現高可逆放電容量(140.4 mAh/g),高庫倫效率(99.7%)和100次循環后96%的能量效率。全電池電化學性能0102030

65、405060708090100 110 1208090100110120130140Li metal anodeLTO anodeLi-M alloy anodeSpecific capacity(mAh/g)This workCycle number125437689101112131415全固態金屬鋰/金屬鋰合金/LTO負極、硫化物SE和LCO正極的電池性能總結1.本工作中的電池在迄今為止報道的所有使用固體正極的液體鋰電池系統中具有最好的循環穩定性、最高的庫侖效率和最高的能量效率。2.此外，與使用硫化物SE、LCO正極、鋰合金/LTO負極的全固態電池相比，本工作中的電池在循環穩定性和放電容

66、量方面也表現出明顯的優勢全電池電化學性能對比總結J.Peng,D.Wu,P.Lu,Z.Wang,Y.Du,Y.Wu,Y.Wu,W.Yan,J.Wang,H.Li,L.Chen&F.Wu*.Energy Storage Materials(IF=20.831)2023,54:430.復合電解質膜用于固態鋰金屬負極改性聚磷硫化物（LPS）的制備由Li2S,S和P2S5(摩爾比為1:2:1)在乙腈溶劑中液相合成；LPS在乙腈溶劑中完全溶解，因而能通過簡單的攪拌均勻分布于PEO20LiTFSI基體中，有利于均勻SEI膜的生成。J.Xu,J.Li,Y.Li,M.Yang,L.Chen,H.Li,F.Wu

67、*.Advanced Materials(IF=32.086),2022,220328177聚硫磷化鋰(LPS)與PEO復合固態電解質在鋰金屬表面原位生成富含Li3PS4/Li2S/LiF的SEI層,具有高鋰離子傳導,電子絕緣,(電)化學穩定,機械兼容的特性78 Raman+XPS SS鍵和LiS鍵存在P2S5譜帶不存在，印證Li2S與S反應生成多硫化鋰作為親核試劑，其中帶負電荷的S對P2S5中親電子的P進行親核攻擊，多硫化鋰與P2S5共同溶解，并引發離子聚合形貌：隨LPS復合比例增加，球晶尺寸減小，晶化程度降低；聚合物電解質的表面形貌由多孔疏松變為光滑致密。離子傳導特性：在較高和較低溫度區域

68、活化能分別為32.3934.30 KJ mol1和109.55120.03 KJ mol1。兩溫度區拐點隨LPS復合，由5060之間向50 移動。J.Xu,J.Li,Y.Li,M.Yang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.Advanced Materials(IF=32.086),2022,2203281復合固態電解質成分、形貌、離子傳輸特性復合電解質膜和鋰金屬的界面化學穩定性Li/CSE/Li電池在60 中靜態保溫，每12小時進行一次EIS測試CSE-x%LPS（x%=0,0.5,1,2,5,10 and 20 wt%）呈現三種類型的SEI界面：x%=0 and 0.5 wt%：生成的S

69、EI層不穩定，呈現持續生長的趨勢，具有較大的RCSE/Li；x%=1,2 and 5 wt%：在極短時間內形成相對穩定的SEI層，具有較小的RCSE/Li；x%=10 and 20 wt%：在一段時間（100200小時）內形成幾乎完全穩定的SEI層CSE-5%LPS是CSE和LPS復合的最佳比例，在60 循環中表現出幾乎恒定且較小的CSE/Li界面阻抗（10 cm2）79J.Xu,J.Li,Y.Li,M.Yang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.Advanced Materials(IF=32.086),2022,2203281Li/CSE/Li電池在60 中循環50周（0.2 mA cm

70、2的電流密度和0.4 mAh cm2的面容量），一定循環周數后進行EIS測試CSE-x%LPS（x%=0,0.5,1,2,5,10 and 20 wt%）呈現三種類型的SEI界面：x%=0 and 0.5 wt%：經過5次循環后，在CSE/Li界面形成相對穩定的SEI層，RCSE/Li較大 x%=1,2 and 5 wt%：在極短時間內形成相對穩定的SEI層，具有較小的RCSE/Li；x%=10 and 20 wt%：經過5次循環后，在CSE/Li界面形成相對穩定的SEI層，RCSE/Li介于中間Li/CSE-2%LPS/Li表現出最佳倍率性能和循環穩定性，因為其在與鋰的化學/電化學穩定性和力

71、學性能方面相對平衡；80復合電解質膜和鋰金屬的界面電化學穩定性J.Xu,J.Li,Y.Li,M.Yang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.Advanced Materials(IF=32.086),2022,2203281811.隨LPS的復合，在金屬鋰界面探測到Li3PS4，和循環前復合電解質膜對比，說明其來源于LPS和鋰的反應；2.CSE-20%LPS/Li界面探測到Li3PS4的分解產物Li3P。3.探測到Li2O、碳氫化合物、LiCOOR、碳酸鹽物質、復合電解質膜的殘留物和LiF等成分LPS在金屬鋰界面原位生成Li3PS4單離子導體保護層,能有效消除鋰表面空間電荷層.CSE-5%L

72、PS是PEO-LiTFSI和LPS復合的最佳比例，可協同構造出一個電化學穩定且導鋰的SEI層，其中富含的Li3PS4/Li2S/LiF均可降低界面電阻，預防鋰枝晶增長。復合電解質膜和鋰金屬的界面化學成分分析J.Xu,J.Li,Y.Li,M.Yang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.Advanced Materials(IF=32.086),2022,2203281鋰沉積和剝離性能鋰對稱電池臨界電流密度鋰對稱電池循環性能CSE-2%LPS膜的Li/Li對稱電池表現出最佳的倍率性能和循環性能：具有高達0.9 mA cm2的臨界電流密度，并且可在0.2 mA cm2的電流密度下穩定循環3475小

73、時。82J.Xu,J.Li,Y.Li,M.Yang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.Advanced Materials(IF=32.086),2022,2203281LiFePO4/CSE/LiCSE-1%LPS膜表現出最佳倍率性能和循環性能，在1C倍率循環1000次后可逆容量為127.6 mAh g1。83J.Xu,J.Li,Y.Li,M.Yang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.Advanced Materials(IF=32.086),2022,2203281復合電解質膜的全固態電池的電化學性能Battery samplesCycling performance1st-cycl

74、e Discharge capacity(mAh g1)1st-cyclecoulombic efficiency 60th-cycle Discharge capacity(mAh g1)Capacity retentionafter 60 cyclesHighest coulombic efficiency during cyclingLCO/Li6PS5Cl pellet/Li183.381.05%140.176.4%99.21%LCO/Li6PS5Cl/CSE-0%LPS/Li174.579.17%133.1676.3%98.83%LCO/Li6PS5Cl/CSE-2%LPS/Li17

75、6.585.28%159.390.3%99.75%LCO/Li6PS5Cl/CSE/Li841.相對穩定的CSE/Li界面對電池電化學性能有深遠影響；2.雙層固態電解質膜，以致密且與金屬鋰相對化學/電化學穩定的CSE與金屬鋰貼合，在LCO/Li體系有良好的性能發揮3.Li6PS5Cl/CSE-2%LPS雙層固態電解質膜，為鋰保護和LCO/Li體系全固態電池的長循環壽命提供有效的策略復合電解質膜的全固態電池的電化學性能J.Xu,J.Li,Y.Li,M.Yang,L.Chen,H.Li,F.Wu*.Advanced Materials(IF=32.086),2022,2203281含硅負極在硫化物

76、全固態電池中應用的機遇與挑戰比能量較低，最高為212 Wh/kg容量衰減，全電池最長壽命僅為45周液態電池中對Si的改性難以直接用在固態電池中提高活性物質占比，以電解質膜代替粉餅控制Si的顆粒尺寸、優化電極內部導電通路，優化電極電解質界面，抑制Si的體積膨脹尋找可以有效用于固態電池中Si的改性方式Si導電性差；嵌鋰體積膨脹巨大SSE可有效促進Si負極極片中的離子擴散；SSS優良的機械延展性可緩沖Si負極材料體積變化;全固態電池外加壓力可有效維持界面的電子離子傳輸；Si的嵌鋰電位(0.4V)可緩解界面副反應，同時實現較高開路電壓，實現高能量密度硫化物全固態電池。85含Si負極硫化物全固態電池的研

77、發歷程86影響干粉壓制含Si負極硫化物全固態電池的主要因素87顆粒尺寸：納米Si的循環穩定性合電極動力學優于微米Si，微米Si電極在循環過程中產生更多裂紋應力：一定的應力有利于保持電池內部電接觸，應力過大主要起到抑制Si嵌鋰的作用，不能形成晶態Li15Si4，表現為Si的充放電曲線沒有平臺。截止電壓：將低截止電壓設置在50 mV，防止晶態Li15Si4生成，防止電極發生巨大的體積變化。楊氏模量越低，電解質越容易變形，和活性物質的接觸越好，緩沖Si體積膨脹的應力，減小Si顆粒的粉化程度。JES 2017,164(4),A645;Electro.&Soli.Sta.Lett.2010,13(11)

78、,3;Soli.Stat.Ion.2018,324,207;ACS Appl.Ener.Mater.2018,1(3),1002四種濕法涂覆方式88常規濕法涂（NBR,二甲苯,Ni箔,NMC622|Si-C)電解質溶液灌注電極(PVDF和PAA/CMC粘結劑預先涂覆制備Si負極,Li6PS5Cl-乙醇溶液浸潤電極，烘干后原位沉積)無粘結劑電極(加熱,PPC分解成小分子后揮發去除,NCM半電池內阻從836 降低到60)多功能粘結劑電極(熱處理使PAN分子內環化,形成離域的共軛鍵，獲得電子電導;PAN分子間交聯與Si顆粒保形結合；同時PAN本身具有離子導電性，提升Si含量至70%，為目前報道最高的

79、活性物質占比)J.Power Sources 2019,426,143；Journal of the Electrochemical Society 2020,167(6)；Sci Rep 2018,8(1),1212；Adv.Energy Mater.2018,8(18).硫化物全固態電池關鍵問題B-V,Nernst,Tafel,Ohmic,Siemens,Dassult材料界面電芯89全固態電池及材料的熱穩定性Y.Wu,S.Wang,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Infomat,2021,1-27(Cover Paper)不同電解質材料的熱穩定性總結Y.Wu,S.Wang,H.Li,

80、L.Chen,F.Wu*.Infomat,2021,1-27(Cover Paper)聚合物固態電解質與正極材料的界面熱穩定性總結Y.Wu,S.Wang,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Infomat,2021,1-27(Cover Paper)氧化物固態電解質與正極材料的界面熱穩定性總結Y.Wu,S.Wang,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Infomat,2021,1-27(Cover Paper)94圖1.硫化物SE析硫實驗的原位觀察裝置和結果實時觀測硫化物SE析硫量，探測熱穩定性順序：Li6PS5Cl Li4SnS4 LSPS-Cl Li3PS4 Li7P3S11硫化物固態電解

81、質的熱穩定性主要取決于基本配位多面體結構的穩定性，與配位多面體的種類、數量、能量有關，本質上取決于多面體所含化學鍵的類型、能量和數量。定義一個新的熱穩定性參數Th和理論模型來預測硫化物固態電解質的本征熱穩定性。硫化物固態電解質熱穩定性的實驗測試和理論預測設計新的原位觀察裝置和方法設計新的理論模型和熱穩定性參數ThS.Wang,Y.Wu,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Infomat,2022,21231695DSC溫度值S.Wang,Y.Wu,H.Li,L.Chen,F.Wu*.Infomat,2022,212316摻雜后Li3PS4熱穩定性參數值：元素所在框的顏色越紅表明含有該摻雜元素的

82、Li3PS4熱穩定性越好，藍色對應相反的趨勢。根據篩選結果，同時考慮摻雜元素的成本、放射性、儲存量、毒性和密度等因素，提高硫化物固態電解質熱穩定性的最佳候選元素是 Cu、Si、Sn和O。全周期表元素摻雜硫化物熱穩定性預測96Li7P3S11-X%P2S3的熱穩定性用P2S3取代部分P2S5,得不同原子比的Li7P3S11-X%P2S3,增加Li7P3S11中P原子占比可提高熱穩定性,且隨P2S3含量增加,PS43-四面體逐漸轉變為P2S64-多面體,具較高熱穩定性摻雜Cu、Si、Sn和O元素后Li3PS4的熱穩定性Cu,Si,Sn,O摻雜能有效提高Li3PS4熱穩定性,將其分解溫度從400提升

83、至500,有效抑制Li2PS3生成，增加Li3PS4中Li和P的原子百分比。只是O摻雜后離子電導率下降(0.077mScm-1),低濃度Cu,Si,Sn摻雜后顯著增加(1 mScm-1)新理論的實驗驗證：Li7P3S11與 Li3PS4 熱穩定性97結合XRD,DSC結果和文獻數據得到LixPySz硫化物熱穩定性遵循Li2P2S6Li7P3S11Li3PS4Li2PS3 10)Xianfeng LiNaoaki YabuuchiChongxin ShanSCOPEEmail： T e l:(+86)10 68948375EnergyMatAdvSPJournalsThe first artic

84、le was published in January 2021e-ISSN:2692-7640 CN:10-1972/TContactFENG WUAcademician,Chinese Academy of EngineeringAcademician,International Eurasian Academy of SciencesJUN LIULead Professor,University of WashingtonPresident,Clean Energy Innovation Association,Washington Research FoundationClean e

85、nergy materialsNano new energy materialsHigh energy density materialsLarge Scale energy storageCarbon dioxide captureBio-energySecondary batteriesResearch on basic materials fornew energy vehicle applicationsSuper-capacitorsFuel cellsSolar cellsJun Liu固態電池?？?24Hong Li,Institute of Physics Chinese Ac

86、ademy of SciencesByoungwoo Kang,Pohang University of Science and TechnologyLu Li,National University of SingaporeXueliang Sun,The University of Western OntarioFan Wu,Institute of Physics Chinese Academy of SciencesAppllied Physics Letters?？鞲鍍δ芸茖W與技術-“固態離子學與儲能”?？?期刊簡介 CSCD收錄中國科技核心期刊 主編：黃學杰 研究員 審稿周期：1

87、.5個月 發表周期：4個月特約主編黃學杰客座編輯李泓胡勇勝吳凡陸盈盈固態離子學與儲能相關出版時間：2021年5月5日溫兆銀期刊官網：http:/www.energystorage-ScopeTwo-dimensional materials and devicesFlexible electronicsEnergy storage and conversionLuminescent materialPerovskite materials and devicesThermoelectric materialsMachine Learning；Nanogenerator；Sensors and

88、othersHomepage:http:/ STM Journal Excellence Action PlanHigh Start-point JournalThe Estimated IF20in 2021Homepage:http:/ New Flagship Journal Open Access Freely available to read,download and shareFree to publish(2019-2021)No additional chargesRapid published30 days for average peer-review time Qual

89、ity and reputationSupported by Wileys network of prestigious journal and societies126127The Innovation是一本由中科院青年科學家與Cell Press出版社于2020年共同創辦的綜合性英文學術期刊，向科學界展示鼓舞人心的跨學科發現，鼓勵研究人員專注于科學的本質和自由探索的初心，領域覆蓋化學、材料科學、納米技術、醫學、物理學、生物學、地球科學和工程學等全部自然科學。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus等數據庫收錄。從投稿到發表的周期是56天。Website 1:https:/ 2:http:/www.the-innovation.org/The Innovation綜合性期刊歡迎賜稿項目合作伙伴資金支持江蘇省科技廳國家海外高層次人才引進計劃;中科院海外杰出人才引進計劃;國家自然科學基金委重點項目;中央軍委;江蘇省重點研發計劃重點項目;江蘇省杰出青年基金;北京市自然科學基金;華為;中國長江三峽集團Wu Lab致謝衷心感謝陳立泉院士、李泓老師、及中科院物理所E01組全體師生吳凡：微信/手機