硫化物固态电解质Li10GeP2S12与锂金属间界面稳定性的改善研究

doi:10.7503/cjcu20200252

高等学校化学学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (8): 1810.doi: 10.7503/cjcu20200252

硫化物固态电解质Li₁₀GeP₂S₁₂与锂金属间界面稳定性的改善研究

周墨林^1,3, 蒋欣^2,3, 易婷^1,3, 杨向光⁴, 张一波⁴

1. 宁德新能源科技有限公司研究院, 宁德 352000;
2. 宁德新能源科技有限公司先进产品开发部, 宁德 352000;
3. 厦门大学化学化工学院, 厦门 361005;
4. 中国科学院长春应用化学研究所, 稀土资源利用国家重点实验室, 长春 130022

收稿日期:2020-05-06 出版日期:2020-08-10 发布日期:2020-07-31
通讯作者: 易婷,女,博士,工程师,主要从事锂离子电池研究.E-mail:yiting7@ATLBattery.com;杨向光,男,博士,研究员,主要从事催化与绿色化学研究.E-mail:xgyang@ciac.ac.cn E-mail:yiting7@ATLBattery.com;xgyang@ciac.ac.cn
基金资助:
中国博士后科学基金（批准号：2019M652249，2019M662229）资助.

Improvement of Interface Stability Between Sulfide Solid Electrolyte Li₁₀GeP₂S₁₂ and Lithium Metal

ZHOU Molin^1,3, JIANG Xin^2,3, YI Ting^1,3, YANG Xiangguang⁴, ZHANG Yibo⁴

1. Research Institute, Ningde Amperex Technology Limited, Ningde 352000, China;
2. Advanced Product Department, Ningde Amperex Technology Limited, Ningde 352000, China;
3. College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, China;
4. State Key Laboratory of Rare Earth Resource Utilization, Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130022, China

Received:2020-05-06 Online:2020-08-10 Published:2020-07-31

摘要/Abstract

摘要： 通过N-丁基-N-甲基哌啶双（氟磺酰）亚胺盐离子液体和双（氟磺酰）亚胺锂盐修饰了Li|Li₁₀GeP₂S₁₂界面，并研究了界面的改性效果.研究结果表明，在界面处原位生成一层致密的固体电解质界面膜（SEI），具有一定流变性的离子液体可渗透到Li₁₀GeP₂S₁₂晶粒内部；在0.1 mA/cm²的电流密度下，界面改性后的Li|Li₁₀GeP₂S₁₂|Li对称电池可稳定循环1500 h以上，极化电压仅为30 mV.在2.5~3.6 V电压范围内，Li|Li₁₀GeP₂S₁₂|LiFePO₄电池在0.2C倍率下充放电循环的首次放电比容量为148.1 mA·h/g，库仑效率为95.8%，经过30次循环后容量保持率为90.1%.

关键词: 硫化物固态电解质, 电解质/电极界面, 离子液体

Abstract: Sulfide solid electrolyte Li₁₀GeP₂S₁₂ exhibits extremely high ionic conductivity but relatively poor stability to lithium metal. After being modified by N-butyl-N-methylpiperidinium bis(fluorosulfonyl)imide together with lithium bis(fluorosulfonyl)imide, a thin and dense solid electrolyte interphase(SEI) was formed in situ at the Li|Li₁₀GeP₂S₁₂ interface. Besides, the ionic liquid with certain liquidity is able to penetrate into the interior grains of Li₁₀GeP₂S₁₂ to construct abundant lithium ion diffusion channels, which could alleviate the high impedance problem caused by the thermodynamically unstable interface. The modified Li|Li₁₀GeP₂S₁₂|Li symmetric cell attains a stable cycle life of over 1500 h with the polarization voltage of 30 mV at 0.1 mA/cm². In addition, the interface modified Li|Li₁₀GeP₂S₁₂|LiFePO₄ cell delivers an initial discharge capacity of 148.1 mA·h/g at 0.2C with the voltage range of 2.5-3.6 V and the first cycle Coulombic efficiency of 95.8%. The capacity retention is still 90.1% after 30 cycles, showing an improved cycling stability.

Key words: Sulfide solid electrolyte, Electrolyte/electrode interface, Ionic liquid

中图分类号:

O646

TrendMD:

周墨林, 蒋欣, 易婷, 杨向光, 张一波. 硫化物固态电解质Li₁₀GeP₂S₁₂与锂金属间界面稳定性的改善研究. 高等学校化学学报, 2020, 41(8): 1810.

ZHOU Molin, JIANG Xin, YI Ting, YANG Xiangguang, ZHANG Yibo. Improvement of Interface Stability Between Sulfide Solid Electrolyte Li₁₀GeP₂S₁₂ and Lithium Metal. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(8): 1810.

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硫化物固态电解质Li₁₀GeP₂S₁₂与锂金属间界面稳定性的改善研究

Improvement of Interface Stability Between Sulfide Solid Electrolyte Li₁₀GeP₂S₁₂ and Lithium Metal

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