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具有固體電解質(zhì)（SE）的固態(tài)電池（SSB）在解決安全問題方面、進(jìn)一步提高能量密度和功率密度方面，表現(xiàn)出巨大潛力。然而，SSB的性能仍然是其實(shí)際應(yīng)用和商業(yè)化過程中的巨大挑戰(zhàn)。除了鋰金屬枝晶形成問題外，SE和陰極活性材料（CAM）的界面退化目前限制了SSBs的電化學(xué)性能。

LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（NCM622），由于比容量高、循環(huán)穩(wěn)定性高和低成本，目前被認(rèn)為是最適合的陰極材料。此外，構(gòu)造具有足夠比能量和倍率能力的陰極復(fù)合材料需要離子導(dǎo)電性非常高的SE（～10^-2 S cm^-1）。Li₁₀GeP₂S₁₂（LGPS）及其帶有3D框架結(jié)構(gòu)的類似物顯示，離子電導(dǎo)率非常高~10^-2 S cm^-1，因此是基礎(chǔ)研究中的原型SE。不幸的是，與所有硫磷鹽SE一樣，LGPS因其對陰極和陽極材料的反應(yīng)性而表現(xiàn)出狹窄的熱力學(xué)穩(wěn)定窗口。Li|LGPS界面的不穩(wěn)定性已經(jīng)得到了很好的研究。

結(jié)果表明，在Li|LGPS界面處形成了離子-電子混合導(dǎo)電界面相，該界面相快速增長，導(dǎo)致阻抗顯著增加。因此，如果沒有鋰金屬陽極的保護(hù)，就無法應(yīng)用LGPS。而在正極一側(cè)的SE/CAM界面，特別是LGPS的界面，尚未在實(shí)驗(yàn)中廣泛研究。

學(xué)好EIS，發(fā)Nature子刊，解析固態(tài)電解質(zhì)/正極界面退化機(jī)制

吉森大學(xué)Jurgen Janek教授、Tong-Tong Zuo和布倫瑞克技術(shù)大學(xué)Daniel Schroder在Nature Communications上發(fā)表文章，對LGPS/NCM622界面的退化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了深入研究。

在這里，本文通過不同時(shí)間、SOC和溫度下的系統(tǒng)電化學(xué)阻抗測試，并輔之以飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜法（ToF-SIMS）的測量和分析，來監(jiān)測循環(huán)過程中的LGPS|NCM622界面演變，并了解反應(yīng)性和降解動(dòng)力學(xué)。

作者發(fā)現(xiàn)，SE的界面降解遵循典型的拋物線速率定律，并可以用擴(kuò)散控制反應(yīng)的Wagner型擴(kuò)散控制反應(yīng)模型很好地描述降解動(dòng)力學(xué)，這表明電子傳輸限制了電極|電解質(zhì)界面上形成的降解層的生長。

在收集所有R_CEI值后，作者繪制LGPS|NCM622電阻與t^0.5的曲線(圖1d)。RCEI隨t^0.5線性增加，與上述模型對結(jié)果一致。

在低截止電壓范圍內(nèi)（3.1 V-3.7 V vs. In/InLi），界面降解的程度逐漸增加，但仍然微不足道，隨著SOC的進(jìn)一步升高（>80%），高壓（E≥3.7 V vs. In/InLi）觸發(fā)涉及氧氣的降解和巖鹽相的形成，后者進(jìn)一步加速了界面阻力的增長。因此，SOC定義了降解驅(qū)動(dòng)力（即NCM和LGPS之間的鋰化學(xué)勢差），并控制阻抗隨時(shí)間的增加速度。

高電位范圍內(nèi)的加速降解，也得到了非原位ToF-SIMS電極分析的支持，這意味著在這些高壓下氧化反應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致更高的降解速率。結(jié)果表明，SOC不僅主導(dǎo)了界面降解的驅(qū)動(dòng)力，還影響降解層的組成。降解速率常數(shù)的活化能（E_A）意味著在更高的SOC下進(jìn)行額外的擴(kuò)散過程。

關(guān)于退化和傳輸過程之間的權(quán)衡，這意味著SSB的真正優(yōu)勢可能是低溫操作，而不是高溫操作。該模型工作闡明了界面穩(wěn)定性和合理的界面設(shè)計(jì)在SSBs中的關(guān)鍵作用。

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