富鎳正極材料（即LiNi_xCo_yMn_1–x–yO₂，x≥0.8）與硫化物固體正極電解液（如銀石（Li₆PS₅Cl））相結(jié)合，是高性能固態(tài)電池的有前途的材料。然而，在2.5V以上的銀鐵礦的化學(xué)反應(yīng)性和電化學(xué)分解會(huì)導(dǎo)致電池操作窗口中的容量快速衰減，因此需要使用涂層來抑制這些反應(yīng)。

在此，滑鐵盧大學(xué)Linda F. Nazar團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的有機(jī)涂層概念，該概念產(chǎn)生了一個(gè)電子絕緣的正極-電解質(zhì)界面，該界面穩(wěn)定了銀石，防止氧化降解。具體而言，該工作將Li₆PS₅Cl作為固體電解質(zhì)，通過在正極活性材料（CAM）表面涂覆納米“蠟狀皂”（脂肪酸鹽）層制備的電池在200次循環(huán)后能夠保持90%的容量（2.8–4.3 V vs Li⁺/Li），而裸CAM的容量保持率為38%，證實(shí)了其界面穩(wěn)定性和對(duì)Li⁺的滲透性。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作提出了一種有效的涂層概念，即在正極表面使用有機(jī)脂肪酸衍生的”蠟狀皂”，以防止硫化固體電解質(zhì)的氧化降解，從而穩(wěn)定硫化電解質(zhì)全固態(tài)電池中的高壓正極。值得注意的是，整個(gè)處理過程是在環(huán)境氣氛下進(jìn)行的，不需要高溫?zé)Y(jié)。這使得大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化成為可能，同時(shí)保持了較低的成本。

結(jié)果顯示，使用Li₆PS₅Cl電解質(zhì)的 DA-NCM85 ASSB室溫下循環(huán) 200 次后的容量保持率顯著提高到 90%，是裸 NCM85 ASSB 的 3 倍多。此外，DA 涂層 NCM85 ASSB 的高負(fù)載量為 24.9 mg cm^-2，在 160 次循環(huán)后顯示出 4.4 mAh cm^-2的可逆容量和令人滿意的循環(huán)穩(wěn)定性。

因此，該工作強(qiáng)調(diào)了這種簡(jiǎn)易涂層概念在抑制硫化物基復(fù)合正極界面降解方面的適用性和潛力。

圖2. 電池性能

Waxing Bare High-Voltage Cathode Surfaces to Enable Sulfide Solid-State Batteries, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01717