在這項貢獻中，作者提出了一種自限策略來制備超薄、獨立和柔性的硫化物固態(tài)電解質(zhì)（SSE）薄膜。自限是硫化物SSE粒子傾向于與纖維素纖維(CEL)相互作用而不是與其自身相互作用。因此，當CEL被一層SSE顆粒強烈包裹時，SSE膜的厚度不會隨著澆注漿料的增加而增加。最后，通過預先組織和指定厚度的多孔襯底來確定SSE膜的厚度。單薄的CEL骨架該具有高機械強度、良好的柔韌性和與硫化物顆粒的出色附著力，可在工作電池中形成持續(xù)穩(wěn)定的離子傳輸通道。

固態(tài)電解質(zhì)薄膜的形貌表征

圖a顯示了一大片尺寸為32 mm×32 mm的SSE薄膜。相反，冷壓的SSE球團容易破裂，在宏觀尺度上表現(xiàn)出較差的機械完整性(圖b)。SSE材料的微觀織構進一步揭示了它們在結(jié)構上的差異。SSE膜表現(xiàn)出沿CEL纖維方向由緊密堆積的硫化物顆粒組成的光滑表面(圖c)。而在SSE顆粒中，初級顆粒之間的連接是松散的，產(chǎn)生了孔隙寬度高達微米的顆粒間孔隙率(圖d)。在這里，CEL骨架作為機械支撐，將附著在纖維素纖維上的硫化物顆粒整合成一個連續(xù)的、完整的網(wǎng)絡，大大提高了SSE膜的機械強度。

SSE電解質(zhì)的性能和結(jié)構

通過在CEL和硫化物之間建立穩(wěn)定的界面，在復合SSE薄膜中實現(xiàn)了連續(xù)和穩(wěn)定的離子傳輸通道。在25 °C下，通過電化學阻抗譜(EIS)評估SSE膜的離子電導率為6.3 mS cm^?1，略低于冷壓成型的SSE芯塊(8.6 mS cm^?1)。然而，由于SSE顆粒的厚度從500 μm急劇減小到60 μm，體離子傳輸阻抗從45.8大幅降低到14.6 Ω(圖a)。顯著降低的體離子阻抗進一步激發(fā)了超薄單質(zhì)外延的合理設計和制造，同時提高了能量密度，為實現(xiàn)安全、高能量密度和快速充電的ASS LMBs奠定了基礎。SSE薄膜的X射線衍射(XRD)圖顯示出許多指向銀輝石Li₆PS₅Cl晶體結(jié)構的強衍射峰(圖b)。

固體電解質(zhì)的電化學性能評價

ASS鋰硫電池(LSB)被認為完全消除了可溶于常規(guī)液體電解液中的多硫化物的形成，從而避免了臭名昭著的“穿梭效應”，降低了液體-電解質(zhì)LSB的硫利用率，縮短了LSB的循環(huán)壽命。從這個意義上說，在機械模具中組裝ASS鋰硫電池時，采用鋰銦(Liin)合金負極來穩(wěn)定陽極界面，利用了自支撐SSE膜的優(yōu)點，如超薄、堅固耐用和高離子導電性等。如圖b所示，采用SSE薄膜作為電解質(zhì)的ASS LSB模具電池在0.1 C時的首次放電容量為1270 mAh g_s^?1，100次循環(huán)后的放電容量仍保持初始容量的84%。此外，高庫侖效率的99.9%表明了ASS LSB的“無梭”特性。為了進一步研究SSE薄膜對電池快速充電的能力，進行了不同電流倍率下的恒流測試(圖c，d)?？傮w而言，減小SSE層的厚度不僅有利于高能量密度，而且還允許電池快速充電。

在軟包電池中對SSE的電化學性能進行了評估

為了展示SSE薄膜在實際應用中的多功能性，組裝了ASS LMB軟包電池。由于結(jié)構穩(wěn)定，首次選擇了鈦酸鋰作為工作電極，與鋰負極配對在30 mm×30 mm的ASS軟包電池中，使用了一大片SSE薄膜作為電解質(zhì)。Li|LTO軟包電池在0.1 C下首次放電容量為148 mAh g^?1，在50次循環(huán)中具有100%的容量保持率和99%的庫侖效率(圖a)。充放電曲線顯示出可以忽略的容量退化和低極化，這表明SSE膜在實際的軟包電池中與鋰金屬負極具有很高的兼容性(圖b)。此外，還組裝了同樣大小為30 mm×30 mm，面積容量為4.2 mAh cm^?2的ASS LiIn|S 軟包電池。此外，ASS LiIn|S軟包電池在彎曲后也可以照亮發(fā)光二極管，顯示了SSE薄膜帶來的巨大靈活性(圖d)。

https://doi.org/10.1002/adfm.202101985