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歐陽明高院士等人EES：ASSBs中SEs的熱失效機(jī)理分析！
來源： 時(shí)間：2023-08-07 10:30:02 瀏覽：1933次

第一作者：Xinyu Rui

通訊作者：任東生教授、劉翔教授、歐陽明高院士

通訊單位：清華大學(xué)

DOI: 10.1039/D3EE00084B


01

研究背景

全固態(tài)電池（ASSBs）由于能提供更高的能量密度、高安全性和更寬的工作溫度范圍等優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的發(fā)展。特別是，含有硫化物固態(tài)電解質(zhì)（SEs）的ASSBs的導(dǎo)電性可媲美液體電解質(zhì)（LEs），是最有希望商業(yè)化的候選材料。然而，由于硫化物SEs與Li1-xCoO2正極/Li負(fù)極之間的放熱反應(yīng)以及硫化物基復(fù)合正極釋放有害的SO2，硫化物基ASSB是中仍然存在安全隱患然而，且缺乏這些失效行為的系統(tǒng)機(jī)制。基于此，清華大學(xué)歐陽明高院士等人首次揭示了硫化物基ASSBs的兩種不同的熱失控機(jī)制，即氣-固反應(yīng)和固-固反應(yīng)。與普遍看法相反，DSC-MS表征顯示，玻璃陶瓷（Li3PS4和Li7P3S11）和晶體（Li6PS5Cl和Li10GeP12S2）Se的產(chǎn)熱明顯大于LEs，并在復(fù)合正極球團(tuán)中得到證實(shí)。


02

文章要點(diǎn)

要點(diǎn)一：首次全面研究了含貧Ni正極材料的硫化鈰的熱穩(wěn)定性及其不同的失效途徑。結(jié)果表明，兩類硫化物Se的熱穩(wěn)定性和析氣行為差異取決于兩種不同的失效路徑，即GSR和SSR。

要點(diǎn)二：不同的熱破壞機(jī)制表明，使用高熱穩(wěn)定性的硫化物晶體Se和單晶富NiRi正極材料可以抑制硫化物基ASSB的熱破壞響應(yīng)。

要點(diǎn)三：該研究強(qiáng)調(diào)了對(duì)ASSB是安全性進(jìn)行基礎(chǔ)研究的必要性，并為本質(zhì)安全電池新興材料的設(shè)計(jì)原則提供了新的思路。


03

圖文展示

 圖1.不同電解質(zhì)在去鋰化NCM下的熱行為

圖2. DSC-MS測(cè)量中不同硫化物SEs的氣體演化

 

圖3.兩種不同熱失效路徑的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖4. LPS3+NCM和LPSC的非原位SEM和EDS圖譜

圖5. LPS3+NCM樣品加熱至不同溫度后的非原位表征

圖6. LPSC+NCM樣品加熱至不同溫度后的非原位表征

圖7.不同硫化物SEs與NCM的兩種不同失效路徑示意圖

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