卤化物固态电解质涂层稳定导电剂/硫化物固态电解质界面助力全固态电池性能提升

这篇研究通过湿化学法在气相生长碳纤维(VGCF)表面构建锂铟氯化物(Li3InCl6)保护层，有效抑制了硫化物固态电解质(LPSCl)与导电剂间的副反应。该策略不仅提升了全固态电池(ASSB)的界面稳定性，还通过促进聚四氟乙烯(PTFE)纤维化优化了电极微观结构，使NCM/VGCF@Li3InCl6电极在0.2C循环400次后仍保持77.9%容量保持率，为高能量密度电池设计提供了新思路。

　　

引言：硫化物固态电解质的机遇与挑战

硫化物固态电解质(SE)因其10^?3-10^?2 S cm^?1的高离子电导率和优异机械性能成为研究热点，但其窄电化学窗口(1.7-2.31 V vs. Li⁺/Li)导致与导电剂(VGCF)接触时产生P₂S_x、Li₂S_n等绝缘副产物。传统Al_xO_y/ZnO涂层虽能抑制反应，却会阻碍锂离子传输。

材料设计与表征

研究团队创新性地采用湿化学法在VGCF表面构建9nm厚Li₃InCl₆涂层（最佳重量比8:2）。TEM显示(131)晶面间距0.26nm，XPS证实In³⁺(446.1eV)和Cl(199.2eV)特征峰。该涂层兼具离子导电(0.134mS cm^?1)与电子绝缘特性，AFM摩擦实验揭示其摩擦系数比裸VGCF提高37%，显著促进PTFE纤维化。

界面稳定机制

循环伏安测试显示，Li₃InCl₆涂层将氧化电流从132μA降至可忽略水平。XPS深度剖析发现，循环后NCM/VGCF@Li₃InCl₆电极的S 2p谱中P₂S₇^4?峰强度仅为对照组的1/5，证明其有效抑制了LPSCl分解。DRT分析进一步显示，涂层使界面电阻(R_ct)在50次循环后降低62%。

电极结构优化

汞孔隙仪测试显示，涂层使电极孔隙率从19.1%降至15.2%。SEM观察到NCM颗粒均匀分散，PTFE形成三维网络结构。这种优化使10mAh cm^?2厚电极在2mA cm^?2下实现7.7mAh cm^?2的面容量，GITT测试表明锂离子迁移率提升2.3倍。

电化学性能突破

全电池测试显示，0.05C首圈效率提升至76.06%，1C倍率下容量保持率提高140%。特别值得注意的是，在0.2C循环400次后，容量衰减率仅为0.055%/次，显著优于文献报道的Al₂O₃涂层体系。dQ/dV分析证实氧化还原峰偏移量减少0.47V，表明极化现象明显改善。

结论与展望

该工作通过"导电核-离子壳"结构设计，同步解决了硫化物SE界面稳定性和离子传输难题。未来可通过调控Li₃InCl₆晶体取向进一步降低界面阻抗，为开发500Wh/kg级全固态电池提供新范式。