全固态锂硫电池中电解质分解行为的阐明

丰桥工业大学电气电子信息工学系课题组——博士生贺茂广忠;KazuhiroHikima，助理教授;AtsunoriMatsuda教授阐明了全固态锂硫电池(ASSLSB)阴极复合材料中电解质的分解行为。

研究发现，ASSLSB正极复合材料中的硫化物固体电解质在充放电循环中转化为具有长链交联硫的硫代磷酸盐。这些分解产物决定了ASSLSB的整体电池性能。该研究发表在《材料化学》杂志上。

目前，电动汽车(EV)市场正在扩大，因此需要开发更好的车载蓄电池。由于使用了硫(S)和硫化锂(Li2S)等高容量正极活性材料，ASSLSB有望成为下一代高能量密度电池。

为了确保ASSLSB提供最佳性能，必须在正极复合材料中建立稳健的离子和电子传导通路，正极复合材料由具有硫化物固体电解质的正极活性材料和导电剂(碳材料)组成。

然而，由于正极复合材料中的硫化物固体电解质提供的离子传导通路不足，电池性能目前受到限制。此外，硫化物固体电解质会在ASSLSB的工作电压内引起氧化分解。固体电解质的过度分解会导致阴极内离子传导通路的损失，从而导致容量下降。

因此，了解正极复合材料中硫化物固体电解质的分解行为以提高ASSLSB性能非常重要。根据以往的报道，硫化物固体电解质在氧化分解后转化为具有氧化还原活性的分解产物，表现出可逆的氧化还原反应。然而，硫化物固体电解质如何在ASSLSB中分解仍不清楚。

据此，课题组采用行星球磨法，将正极活性物质Li2S、硫化物固体电解质Li3PS4和碳材料混合制成正极复合材料;然后他们对其进行了电化学测量和拉曼光谱，并分析了ASSLSB正极复合材料中的电解质在充电和放电过程中是如何分解的。

基本电化学测量表明，ASSLSB中的氧化还原反应包括Li3PS4的氧化分解及其分解产物的氧化还原反应，以及正极活性材料的氧化还原反应。

在长时间重复这些循环之后，阴极活性材料失去了电化学活性，只有Li3PS4分解产物的氧化还原反应仍然明显。这表明ASSLSB的长期性能受Li3PS4分解产物的电化学氧化还原活性控制。

20个循环后阴极复合材料的拉曼光谱揭示了一个源自SS键的峰。这些实验表明，在充电和放电循环过程中，正极活性材料与ASSLSB中的硫化物固体电解质发生反应，形成具有长链交联硫的硫代磷酸盐。