文章背景

电解质与锂阳极的不相容性阻碍了固态电池的应用。具有适当电势、高容量和电子导电性的铝可以自发地与锂形成合金

成果简介

近日，南京大学周豪慎教授、何平教授团队使用锂铝合金作为全固态锂硫电池(LSB)负极，极大提高了电池的比能量和循环寿命。原位表征揭示了具有适度体积变化的铝的双相锂化反应。

Li0.8Al合金阳极表现出与Li10GeP2S12(LGPS)电解质的优异相容性，这通过Li0.8Al-LGPS-Li0.8Al电池在0.5mAcm-2下超过小时的稳定运行得到了验证。

由Li0.8Al合金阳极和熔覆S复合阴极组成的全固态LSB稳定运行次以上，容量保持率为93.29%。

此外，具有1.的低正负比的Li-S全电池提供了Whkg-1的比能量。这项工作为全固态激光器提供了适用的阳极选择，促进了它们的实用化。

图文导读

在这里，设计和制造了一种有前途的全固态LSB，包括无碳和无粘合剂的锂铝合金负极（图1A）。

在该电池中，锂铝合金负极的成分经过仔细调节，以保证其与LGPS电解质的相容性。如图1B所示，具有优化结构的筛选出的Li-Al合金负极的工作电位位于LGPS的实际稳定性窗口内，防止了电解质的还原分解。

采用原位X射线衍射(XRD)来研究Al的锂化过程，并揭示了具有适度体积变化的两相反应。正如对称电池的电化学测试和循环后LGPS颗粒的死后表征所证明的那样，Li-Al合金的适当工作电位和温带体积变化使其对LGPS具有出色的稳定性。

此外，还展示了全电池的电化学性能，以验证所提出的电池系统的可行性。组装的全固态LSB在多次循环中表现出优异的可逆性和出色的循环稳定性，容量保持率高达93.29%。最后，以较低的负正比(N/P)1.，这证实了全固态LSB的光明实用前景。

图1

图2

图3

图4

图5

总结与展望

总之，本文提出了一种合金阳极策略来解决阳极-SSE界面的不相容问题。我们基于无碳和无粘合剂的LiAl合金负极、S

CNTs正极和LGPS电解质设计了全固态LSB。

Al的高电子电导率实现了无碳阳极配置，避免了碳诱导的硫化物电解质分解。

此外，Al出色的延展性使得无需粘合剂即可轻松制备阳极膜。这项工作解决了固态电池中的阳极-SSE不稳定性问题，并为全固态LSB的阳极选择提供了适用的方案。

优化配置的锂铝合金负极适用于其他全固态电池系统，因为它具有适当的工作潜力、可观的比容量、易加工性和低成本。此外，Li-Al合金还可以作为一种可行的锂补充负极，以匹配最先进的商用正极，进一步延长电池的使用寿命。

文献链接

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