【引言】

全固態(tài)鋰離子電池采用了固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液態(tài)有機(jī)電解液，有效避免了傳統(tǒng)鋰離子電池在安全性、熱穩(wěn)定和電化學(xué)穩(wěn)定性等方面存在的隱患，使其在大型電池和超微超薄電池領(lǐng)域都具有相當(dāng)大的應(yīng)用潛力。然而，目前研究的固態(tài)電池在倍率性能、循環(huán)性能等方面都遠(yuǎn)遜于液體鋰離子電池，這由于固態(tài)電池中電極-固態(tài)電解質(zhì)的界面接觸電阻更大，晶界電阻決定了電解質(zhì)整體的離子電導(dǎo)率，因此界面相容性問(wèn)題主要影響了電池的電化學(xué)性能。而針對(duì)目前全固態(tài)電池中的固-固界面的表征，有效的方法不多。固態(tài)核磁共振是一種材料無(wú)損的、高度選擇性的測(cè)試方法，它主要通過(guò)固體核磁共振譜中的化學(xué)位移變化來(lái)考察原子核與原子核之間的相互作用及各原子的局部微環(huán)境，從而有效地檢測(cè)電池材料(電極材料和固態(tài)電解質(zhì))中的體相信息。固態(tài)核磁共振可以探測(cè)含鋰多相電池材料體系（如多種含鋰的電極材料之間或者含鋰的電極材料和含鋰電解質(zhì)之間）自發(fā)性的鋰離子交換，從而獲得電荷在多相界面中傳輸?shù)倪x擇性信息。全固態(tài)鋰離子電池的結(jié)構(gòu)包括正極、電解質(zhì)、負(fù)極，全部由固態(tài)材料組成，Li6PS5X(X=Cl,Br)是一種具有較高的鋰離子室溫電導(dǎo)率（>10-3S／cm）的快離子導(dǎo)體，適用于全固態(tài)鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的MarnixWagemaker教授（通訊作者）（余創(chuàng)博士、SwapnaGanapathy博士為共同第一作者）在NatureCommunications雜志上發(fā)表了題為“Accessingthebottleneckinall-solidstatebatteries,Li-iontransportovertheinterfacebetweenthesolid-electrolyteandelectrode”的文章。本文采用二維鋰離子交換固態(tài)核磁方法來(lái)研究硫化物正極材料（Li2S）和固態(tài)電解質(zhì)(Li6PS5Br)界面之間的自發(fā)性的鋰離子傳輸，從而研究硫化物正極材料和固態(tài)電解質(zhì)混合物的制備方法和電池循環(huán)次數(shù)對(duì)于Li2S和Li6PS5Br兩者之間鋰離子傳輸?shù)挠绊?。研究結(jié)果表明，兩種材料之間的界面導(dǎo)電性嚴(yán)重依賴于其混合物的制備方法，并且充放電循環(huán)會(huì)破壞兩者之間的界面接觸，增加鋰離子擴(kuò)散的能壘，從而導(dǎo)致界面導(dǎo)電性的減小。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1.全固態(tài)電池材料不同階段的化學(xué)處理過(guò)程及其對(duì)應(yīng)階段的容量保持率

a.通過(guò)簡(jiǎn)單混合、球磨、熱處理方式來(lái)處理電池正極-電解質(zhì)混合物（Ⅰ簡(jiǎn)單混合的micro-Li2S,Ⅱ簡(jiǎn)單混合的nano-Li2S,Ⅲ球磨共混的nano-Li2S,Ⅳ熱處理共混的nano-Li2S）。

b.上述不同處理階段的電極-電解質(zhì)混合物的循環(huán)充放電后的電池容量。

c-f.上述不同處理階段的電極-電解質(zhì)混合物的充放電曲線（充放電電流密度0.064mAcm?2，電壓窗口0-3.5V）。

圖2.NMR測(cè)試鋰離子在Li2S正極-Li6PS5Br固態(tài)電解質(zhì)界面的自發(fā)傳輸

a.e.i.上述不同處理階段（Ⅰ-Ⅲ）的電極-電解質(zhì)混合物對(duì)應(yīng)的一維7Li魔角旋轉(zhuǎn)MAS譜。

b.c.d.樣品處理階段Ⅰ的電極-電解質(zhì)混合物對(duì)應(yīng)的二維7Li-7Li固態(tài)核磁交換譜。

f.g.h.樣品處理階段Ⅱ的電極-電解質(zhì)混合物對(duì)應(yīng)的二維7Li-7Li固態(tài)核磁交換譜。

j.k.l.樣品處理階段Ⅲ的電極-電解質(zhì)混合物對(duì)應(yīng)的二維7Li-7Li固態(tài)核磁交換譜。

(其中Ⅰ-Ⅱ簡(jiǎn)單混合的樣品沒(méi)有明顯的“對(duì)角線外反十字峰”表明該過(guò)程鋰離子交換作用弱，而Ⅲ經(jīng)球磨法混合的樣品的“對(duì)角線外反十字峰”出現(xiàn)在10ms處，表明正極-固態(tài)電解質(zhì)界面明顯的鋰離子交換。)