梯度硫化Ti3 (PO4 )4 缓冲层构筑高稳定NCM811/Li5.3 PS4.3 Cl1.7 界面助力全固态锂电池

为解决硫化物固态电解质(SSEs)与高镍层状氧化物正极LiNi0.8 Co0.1 Mn0.1 O2 (NCM811)界面化学势差导致的空间电荷层(SCL)阻抗问题，研究人员通过P4 S16 辅助液相原位硫化法设计梯度硫化Ti3 (PO4 )4 涂层。该涂层与Li5.3 PS4.3 Cl1.7 电解质结构相似，使全电池在0.057 mA cm?2 下循环100次容量保持率达95.2%，为硫系全固态电池正极改性提供新思路。

　　

随着电动汽车市场爆发式增长，锂离子电池的能量密度与安全性矛盾日益凸显。传统液态电解质的易燃特性不仅加剧热失控风险，锂枝晶生长还可能刺穿隔膜导致短路。全固态锂电池(ASSLBs)采用不可燃的固态电解质(SSEs)，兼具高安全性和能量密度优势，被视为下一代储能技术的突破口。其中，硫化物固态电解质(如Li_5.3
PS_4.3
Cl_1.7
)因室温离子电导率超10^?2
S cm^?1
而备受关注，但与其匹配的高镍正极NCM811却面临三重界面难题：充放电体积变化导致物理接触恶化、化学势差引发锂离子耗尽层(SCL)、界面副反应加速电解质分解。传统氧化物涂层虽能缓解副反应，但对SCL的抑制作用有限。

北京理工大学研究人员在《Journal of Energy Chemistry》发表研究，创新性地采用富硫分子P₄
S₁₆
对Ti₃
(PO₄
)₄
涂层进行梯度硫化，构建出与Li_5.3
PS_4.3
Cl_1.7
结构相似的缓冲层(PS-NCM811@TiP)。关键技术包括：P₄
S₁₆
辅助液相原位硫化工艺、梯度硫含量调控、界面化学势匹配设计。

【结果与讨论】
通过二乙二醇二甲醚(DEGDME)溶剂中P₄
S₁₆
与Ti₃
(PO₄
)₄
的O-S交换反应，在NCM811表面形成硫含量由内向外递增的梯度涂层。XPS深度剖析显示外层PS₄
^3-
基团占比达67.5%，与电解质形成化学连续界面。电化学测试表明，改性正极界面阻抗降低至原始样品的1/4，0.2C循环100次容量保持率提升至88.5%，1C倍率下容量达104.8 mA h g^?1
，较未涂层样品提升4倍。

【结论】
该研究通过精准调控涂层硫梯度分布，实现三大突破：1) 梯度变化的化学势有效抑制SCL形成；2) PS₄
^3-
基团增强界面锂离子传导；3) 原位反应确保涂层均匀致密。所组装的ASSLBs在25°C下展示出95.2%的循环稳定性，为硫系全固态电池界面工程提供了"结构-化学双相似"的设计范式。这项工作不仅解决了高镍正极/硫化物电解质界面瓶颈，其液相硫化策略更具规模化应用潜力，对推进高能量密度固态电池商业化具有重要指导意义。