1.Nature Communications：全固態(tài)電池中空間電荷層對鋰離子界面?zhèn)鬏數(shù)挠绊懙脑豢梢暬?/strong>
空間電荷層（SCL）通常被認(rèn)為是全固態(tài)鋰離子電池（ASSLIBs）中緩慢的界面鋰離子傳輸?shù)钠鹪粗?。然而，實現(xiàn)SCL對硫基鋰離子輸運界面影響的原位可視化仍是一個很大的挑戰(zhàn)。最近，有研究報道了將分段檢測器差分相襯STEM（DPC-STEM）技術(shù)用于重建電場矢量圖和電荷密度圖，其空間分辨率高于和不受EH-TEM26施加的樣品幾何形狀的限制，從而提供了解決ASSLIBs中這一具有挑戰(zhàn)性問題的新方法。
近日，中科院青島能源所崔光磊研究員，馬君副研究員，天津理工大學(xué)羅俊教授，Chao Li報道了通過使用原位DPC-STEM技術(shù)研究工作中的硫化物基ASSLIB在電極/電解液界面上的凈電荷密度分布，以實現(xiàn)直接觀察由SCL產(chǎn)生的界面鋰離子積累。
文章要點
1）為了排除界面反應(yīng)和不良接觸對鋰離子輸運的影響，研究人員合理設(shè)計了具有高正極/電解液界面穩(wěn)定性和良好接觸性的高壓LiCoO2(LCO)/硫銀鍺礦Li6PS5Cl (LPSCl)/In-Li ASSLIBs。
2）通過原位DPC-STEM技術(shù)和有限元方法(FEM)模擬，研究人員進(jìn)一步展示了一種內(nèi)置電場和化學(xué)勢耦合策略，以減少SCL效應(yīng)，并促進(jìn)鋰離子在硫化物基復(fù)合物電極/電解液界面的輸運。
該研究提供的對SCL對ASSLIBs中界面鋰離子遷移的影響的原位可視化結(jié)果有望顯著提高人們對ASSLIBs中SCL機(jī)制的基礎(chǔ)科學(xué)認(rèn)識，從而促進(jìn)儲能技術(shù)的發(fā)展。
Wang, L., Xie, R., Chen, B. et al. In-situ visualization of the space-charge-layer effect on interfacial lithium-ion transport in all-solid-state batteries. Nat Commun 11, 5889 (2020).
DOI：10.1038/s41467-020-19726-5
https://doi.org/10.1038/s41467-020-19726-5
2. Adv. Energy Mater：延長PEO基SPE的4 V級ASSPBs的循環(huán)壽命的粘結(jié)劑
聚乙烯氧化物(PEO)基固體聚合物電解質(zhì)(SPEs)由于其有限的電化學(xué)氧化窗口，因此，與LiCoO2等4 V級正極不相容。
有鑒于此，加拿大西安大略大學(xué)孫學(xué)良教授，多倫多大學(xué)Chandra Veer Singh報道了一種通過簡單地采用耐高壓粘合劑的簡便而高效的策略，以大大延長PEO基SPE的4 V級ASSPBs的循環(huán)壽命。
文章要點
1）研究人員詳細(xì)研究了包括PEO，聚偏二氟乙烯（PVDF）和兩種富含羧基的聚合物（CRP）粘合劑（包括海藻酸鈉（Na-alginate）和羧甲基纖維素鈉（CMC））在內(nèi)的不同粘合劑的適用性。并用于4 V級LiCoO2電極，然后與PEO基SPE耦合以組裝成ASSPBs。
2）電化學(xué)性能結(jié)果表明，使用CRP粘結(jié)劑（CMC）的ASSPBs在300次循環(huán)后可保持85%的容量，1000次循環(huán)后可保持59.7%的容量，顯著高于使用PEO或PVDF粘結(jié)劑的ASSPBs。
3）通過各種先進(jìn)的表征技術(shù)，研究人員對其機(jī)理進(jìn)行了研究?；贠 K-邊緣的X射線吸收光譜（XAS）和形態(tài)研究表明，CRP可以將電極材料牢固地粘合在一起，并充當(dāng)涂層材料。密度泛函理論（DFT）的結(jié)果還證實了CRP和LiCoO2之間的牢固結(jié)合是由于羧基和LiCoO2之間的強(qiáng)吸收，這與XAS和形態(tài)學(xué)結(jié)果非常吻合。此外，循環(huán)伏安法（CV）研究表明，與PEO和PVDF相比，CRP粘合劑在高壓聚合物電池上更穩(wěn)定。
4）電化學(xué)阻抗譜（EIS），X射線光電子能譜（XPS）和Co L-邊緣 XAS結(jié)果表明，使用CRP粘合劑可獲得穩(wěn)定的SPE/正極界面，而在以PEO為粘結(jié)劑的SPE/LiCoO2電極界面上，可以觀察到明顯的PEO分解產(chǎn)物。因此，在整個充電和放電過程中，CRP粘合劑在4 V級正極中的高電壓穩(wěn)定性和涂覆性能對于具有通高性能，長循環(huán)壽命4 V級ASSPBs至關(guān)重要。
Jianneng Liang, et al, Insight into Prolonged Cycling Life of 4 V All-Solid-State Polymer Batteries by a High-Voltage Stable Binder, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202002455
https://doi.org/10.1002/aenm.202002455
3. AEM：室溫離子導(dǎo)電性的光聚合凝膠電解質(zhì)用于高能密度固態(tài)金屬鈉電池
基于鈉的豐富性和成本效益，固態(tài)鈉金屬電池（SMBs）是一種非常有前途的充電電池。然而，固體電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率低，電壓窗口窄等缺點，嚴(yán)重制約了SMBs的發(fā)展。
近日，中科院大連化物所吳忠?guī)浹芯繂T報道了采用光聚合法制備了一種乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯基準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)（ETPTA-NaClO4-QSSE），用于具有高能量密度的固態(tài)SMBs。
文章要點
1）研究人員首先在光固化劑ETPTA和1%2-羥基-2-甲基丙酮(HMPP)中均勻混合Na+電解液（1M碳酸亞丙基氯化鈉和5%碳酸氟乙烯）得到準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)（ETPTA-NaClO4-QSSE）。然后把它滴在纖維素膜上，用紫外光固化，進(jìn)而得到了直徑為19 mm的高度柔韌的ETPTA-NaClO4-QSSE薄膜，該薄膜可以很容易地以銳角彎曲而不會有任何損壞。其次，采用經(jīng)濟(jì)高效的溶膠-凝膠法制備了具有典型NASICON結(jié)構(gòu)的碳涂層NVP正極。
2）ETPTA-NaClO4-QSSE具有顯著的室溫離子導(dǎo)電性（1.2ms cm?1），相對于Na+/Na的寬電化學(xué)窗口（>4.7 V），以及優(yōu)異的柔韌性。
3）由于該電解液與電極之間具有良好的界面相容性，鈉金屬對稱電池在0.1 mA cm?2電流密度下，表現(xiàn)出1000 h的超長循環(huán)穩(wěn)定性，1 mA cm?2下具有超低過電位（355 mV），表明其對Na枝晶的生長有明顯的抑制作用。值得注意的是，Na3V2(PO4)3(NVP)全電池（NVP||ETPTA-NaClO4-QSSE||Na）顯示出前所未有的倍率性能，在15 C時的記錄容量為55 mAh g?1，高于目前固態(tài)SMBs中的任何電池，以及在5 C下的長期循環(huán)穩(wěn)定性，1000次循環(huán)后容量保持率為97%。此外，NVP||ETPTA-NaClO4-QSSE||Na袋式電池表現(xiàn)出極好的靈活性和極高的安全性，顯示出廣泛的適用性。
這項工作有望為發(fā)展常溫高能量密度固態(tài)SMBs提供新的機(jī)遇。
Pengchao Wen, et al, Photopolymerized Gel Electrolyte with Unprecedented Room-Temperature Ionic Conductivity for High-Energy-Density Solid-State Sodium Metal Batteries, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202002930
https://doi.org/10.1002/aenm.202002930
4. Angew：一種用于全固態(tài)鋰電池的多層陶瓷電解質(zhì)
石榴石結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12（LLZTO）具有鋰金屬化學(xué)穩(wěn)定性好、離子電導(dǎo)率高等優(yōu)點，但由于與鋰金屬潤濕性差，界面和內(nèi)部鋰金屬生長嚴(yán)重，存在界面電阻大、短路快等缺點。
有鑒于此，為解決這些問題，北京化工大學(xué)周偉東教授，Jian Gao研制了一種鈦摻雜LLZTO（Ti-LLZTO)/LLZTO雙層陶瓷電解液，其中Ti-LLZTO層與鋰金屬接觸，LLZTO層與正極接觸。
文章要點
1）Ti-LLZTO和LLZTO采用相同的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實現(xiàn)了它們之間的無縫接觸和Li+的無障礙傳輸。在相同的制備條件下，Ti-LLZTO的密度明顯高于未摻雜的LLZTO。此外，通過鋰金屬對Ti-LLZTO的原位還原，改善了界面的潤濕性，并形成了離子-電子混合導(dǎo)電層。
2）結(jié)果顯示，這兩種特性不僅減少了界面上的缺陷/氣孔，而且使界面離子/電子通量均勻，有利于降低界面電阻，抑制枝晶生長。在Ti-LLZTO層的幫助下，采用“夾心式”Ti-LLZTO/LLZTO/Ti-LLZTO的Li/Li對稱電池可以在0.5 mA cm-2的電流密度下實現(xiàn)穩(wěn)定運行，具有3.0 mAh cm-2的高面容量，明顯優(yōu)于未經(jīng)處理的Li/LLZTO/Li對稱電池。此外，以聚氧化乙烯(PEO)結(jié)合的LiFePO4為正極，Li/Ti-LLZTO/LLZTO/LiFePO4@PEO電池可以循環(huán)100次以上，庫侖效率接近100%。
Jianxun Zhu, et al, A Multilayer Ceramic Electrolyte for All-solid-state Li Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202014265
https://doi.org/10.1002/anie.202014265
