用于固态电池的延展性固体电解质界面层

《Nature》：A ductile solid electrolyte interphase for solid-state batteries

固态锂电池高电流密度下循环寿命受限源于脆性SEI层，本研究通过Li2S/LiF与AgNO3反应形成Ag2S/AgF复合SEI层，实现15mA/cm2/15mAh/cm2下超4500小时对称电池循环，-30℃仍保持7000小时寿命。

　　

摘要

在实际工作条件下，固态锂金属电池面临着巨大的挑战^1,2。即使将复合固态电解质的离子导电率提高到1 mS cm^?1，也难以实现电流密度超过1 mA cm^?2和面积容量超过1 mAh cm^?2时的长寿命循环（参考文献^{3）。根本原因在于固态-电解质界面（SEI）的脆性，这导致锂离子传输缓慢，并引发锂枝晶的形成和严重的副反应。在这里，我们报道了一种具有延展性的无机富集SEI，它在高电流密度和面积容量下仍能保持结构完整性。SEI的延展性归因于Ag₂S和AgF成分，这些成分是由SEI中的Li₂S/LiF与介电复合电解质中的AgNO₃发生置换反应形成的。即使在电流密度为15 mA cm?2和面积容量为15 mAh cm?2的高条件下，带有这种SEI的对称锂电池也能实现超过4500小时的长循环寿命。此外，这种延展性的SEI在?30°C的温度下也能正常工作超过7000小时，即使在电流密度为5 mA cm?2和面积容量为5 mAh cm?2}