全固态锂电池合金电极和硫化物基固态电解质的界面反应研究

全固态锂电池合金电极和硫化物基固态电解质的界面反应研究

研究了一种固态锂电池电极与电解质之间的界面反应，采用硫化物基固态电解质，用各种Li4-xGe1-xPxS4和Liy-M（M=Sn、Si）合金作为负极，试验通过使用交流阻抗、X射线衍射和能量色散X射线光谱来进行研究。研究结果发现，在界面区域的固态电解质通过电池施加电流而分解，从而导致固态电解质薄膜（SEI）形成。界面处的电阻率变化取决于负极材料的电解质组成和氧化还原电位（相对于Li/Li+）。由于电化学稳定性高的SEI膜的形成，固态电解质中存在较低的Ge（锗）含量和较高氧化还原电位的Li-M合金，因此电池SEI具有较低的电阻。如果Ge含量较高或合金的氧化还原电位较低，则电池SEI的电阻会快速增加，并且其厚度也会随之增加。研究结果还发现，在界面区域存在的具有低离子电导率的Li-P-S化合物与界面电阻的增加有关。总之，合适SEI膜的形成是全固态电池未来发展的重要因素，通过选择合适的电极和电解质材料对界面进行优化，这对于全固态电池的未来发展至关重要。研究阐明了SEI的形成以及电极的氧化还原电位，以及与硫化物基固态电解质之间的关系，研究得到的结果可概括如下。

（1）由于在电池反应期间，Li4-xGe1-xPxS4结构中的Ge不稳定，固态电解质中Li4-xGe-xPxS4的x值越小，SEI膜的厚度越大。

（2）使用具有较高氧化还原电位（Li/Li+）的Liy-M（M=Sn、Si）合金电极可以产生较小的界面电阻。

（3）SEI的形成是在电极与电解质的界面处，通过电解质分解产生的Li-P-S化合物，并且可能导致SEI电阻增加。

刊名：Solid State Ionics（英）

刊期：2016年第285期

作者：Sakuma Masamitsu et al

编译：陈少帅