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科研进展丨全固态电池最新成果，孙学良、夏威团队发表JACS
最新新闻 | 2024-06-18
近日，我校孙学良院士与夏威团队在JACS期刊上发表题为“用于全固态电池的锂金属兼容型反萤石电解质（Lithium Metal-Compatible Antifluorite Electrolytes for Solid-State Batteries）”的实验论文。文章提出了一种反式结构的新型电解质设计思想，以消除传统固体电解质化学组成中的非锂阳离子，从而获得对锂的本征热力学稳定性（图1）。
全固态锂金属电池因其高能量密度和安全性备受瞩目，被视为传统锂离子电池的理想替代品。然而，尽管其潜力巨大，缺乏对锂金属负极稳定的固体电解质材料一直是科学家和工程师们面临的挑战之一。传统固体电解质的结构框架由以高价阳离子为中心的多面体构成，每个阳离子与六个或四个阴离子（通常是氧、硫和卤素离子）配位，例如，在最具代表性的Li10GeP2S12硫化物和Li3YBr6卤化物固体电解质中，分别是（Ge/P）S4四面体和YBr6八面体。高价阳离子（如Ge/P和Y）是维持电解质结构稳定性所必需的，但是其又是导致固体电解质对锂不稳定的根源。因此，开发兼容锂金属负极的高性能固体电解质材料是当前锂电池研究的热点和难点。 研究团队成功合成了一种基于Li-N-S化学组分的锂传导反式结构—反萤石Li2+xNxS1-x（0 < x < 1）。该电解质实现了室温下的高离子电导率和出色的锂兼容性。此外，通过中子和同步辐射X射线衍射的深入结构分析（图2），研究团队首次揭示了反萤石结构中负责锂快速传输的锂间隙构型，工作推动了用于全固态锂金属电池的新型先进固体电解质材料的开发。
图1.反式结构固体电解质的设计原则
图2. 基于中子衍射和同步辐射X射线衍射的固体电解质结构解析
图3. 固态电解质对锂金属稳定性测试
该论文第一作者余鹏程为夏威课题组科研助理，宁波东方理工大学（暂名）夏威助理教授和孙学良院士，北京大学邹如强教授以及南方科技大学韩松柏教授为本论文的共同通讯作者。本论文得到了浙江省自然科学基金、宁波市自然科学基金和宁波东方理工大学（暂名）等的经费支持。 论文链接： https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c02170
