表面分子工程实现硫化物固态电解质在潮湿环境空气中的加工
材料科学
2024-12-09 v1
摘要
硫化物固态电解质因其优异的离子电导率和良好的延展性，是实现全固态电池的有前景候选材料。然而，其对水分的高度敏感性要求加工环境与当前的锂离子电池制造基础设施不兼容。本文提出了一种可逆的表面修饰策略，使硫化物固态电解质能够在潮湿环境空气中进行加工。我们证明长链烷基硫醇十一硫醇与电解质化学相容，且对其离子电导率影响可忽略不计。重要的是，硫醇修饰将硫化物固态电解质暴露在 33% 相对湿度空气中的时间延长了，在结构退化有限的情况下保持超过 1 mS/cm 的电导率长达 2 天，相比竞争方法实现了超过 100 倍的保护时间提升。实验和计算结果表明，硫醇基团锚定在固态电解质表面，而疏水烃链通过排斥水分子提供保护。经修饰的 Li6PS5Cl 固态电解质在应用于 Li0.5In LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 全固态电池后，在暴露于环境湿度时仍保持其功能。所提出的基于表面分子相互作用的保护策略代表了硫化物固态电解质全固态电池制造走向成本竞争力和能效化的重要一步。
引用
@article{arxiv.2412.04633,
title = {Surface molecular engineering to enable processing of sulfide solid electrolytes in humid ambient air},
author = {Mengchen Liu and Jessica J. Hong and Elias Sebti and Ke Zhou and Shen Wang and Shijie Feng and Tyler Pennebaker and Zeyu Hui and Qiushi Miao and Ershuang Lu and Nimrod Harpak and Sicen Yu and Jianbin Zhou and Jeong Woo Oh and Min-Sang Song and Jian Luo and Raphaële J. Clément and Ping Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.04633},
year = {2024}
}
备注
38 pages, 6 figures