铁掺杂卤化物固态电解质实现与锂铟负极的原位稳定界面构筑及性能研究

本综述聚焦于全固态锂电池（ASSLBs）中卤化物固态电解质（SSEs）与锂金属负极的界面不稳定性问题，重点介绍了通过铁（Fe）掺杂策略改性Li3InCl6（LIC）以提升其与锂铟（Li-In）合金的界面兼容性。研究通过热力学计算与实验验证，首次实现了无保护层的长周期稳定循环，为高安全性、高能量密度固态电池的开发提供了新思路。

　　

Highlight

还原电位计算

还原电位通过以下公式计算：

ΔG_rxn⁰ = G_f,Products⁰ - G_f,Reactants⁰

ΔG_rxn⁰ = -nEF

在公式（1）中，ΔG_rxn⁰代表反应的标准吉布斯自由能变化，G_f,Products⁰ 和 G_f,Reactants⁰ 分别表示产物和反应物的标准生成能。在公式（2）中，n 是电荷转移的摩尔数，E 是反应电位，F 是法拉第常数（96,485 C?mol^?1）。

Dopant selection

基于对原始Li₃InCl₆失效机制的基本理解，原位形成保护层是动力学上阻止进一步还原反应的理想解决方案。需要一种具有相似还原电位的掺杂剂，以便在铟（In）被还原的同时形成保护性界面。因此，掺杂剂筛选过程从根据第2.1节中的公式（1）和（2）计算不同掺杂剂的还原电位开始。

Conclusions

本研究提出了一种通过引入铁（Fe）掺杂来解决卤化物固态电解质Li₃InCl₆与锂铟（Li-In）合金负极之间界面不稳定性的新策略。通过热力学计算、原子级建模和全面的实验验证，铁被确定为理想的掺杂剂，因其具有适宜的还原电位和与LIC框架的结构兼容性。优化的10 at.% Fe掺杂LIC（10% Fe-LIC）表现出优异的相纯度、保留的离子电导率，以及显著提升的界面稳定性。使用Fe-LIC的全电池测试实现了超过300次循环，并保持80%的容量保留率。同时，对称Li-In/Fe-LIC/Li-In电池可持续运行超过500小时，这是首次报道的无保护层LIC基ASSLB的长周期循环。这项工作确立了铁掺杂作为一种有效策略，可稳定铟系卤化物SSE对抗锂铟合金，从而简化电池结构，推动更安全、高性能卤化物固态电解质的发展。