（文章來源：孜然學術）
全固態鋰金屬電池（ASSLMBs）由于其高的能量密度和極高的安全性而引起了人們的廣泛關注。然而，Li金屬/固態電解質（SSE）界面穩定性差是限制電流密度和容量的長期問題，阻礙了ASSLMBs的實際應用。

近日，加拿大西安大略大學孫學良教授提出了一種氟化硫銀鍺礦型Li6PS5Cl（LPSCl）硫化物固態電解質，以此提高鋰金屬負極的界面穩定性。由于具有自愈合性質的原位形成的致密和高度氟化的界面，能夠實現鮮有報道的在超高電流密度下的循環穩定性。相關論文以題為“Ultra-Stable AnodeInterface Achieved by Fluorinating Electrolytes for All-Solid-State Li MetalBatteries”于2020年3月5日發表在ACS Energy Lett.上。

與傳統的液態鋰離子電池（LIBs）相比，全固態鋰金屬電池（ASSLMBs）能量密度高和安全性好，引起了越來越多的關注。在過去的幾十年里，對于提高SSE的離子電導率已經進行了充分的研究，其中硫化物SSE具有很強的離子導電性，被認為是高性能ASSLMBs商業化最有前途的SSE候選材料之一。然而鋰金屬負極與SSE的界面問題一直困擾著其商業化進程，著重需要解決以下問題：（1） Li與硫化物之間的高反應性；（2） 在硫化物SSE中通過晶界或孔隙形成Li枝晶。

基于之間的研究，用各種化學物質預處理鋰金屬得到的含F和含I的表面，以此降低界面阻抗和抑制鋰枝晶生長。然而，只能在相對較低的鋰沉積/剝離電流密度和容量下循環，限制了它們在高倍率ASSLMBs中的應用。

LiF是一種被廣泛用作穩定SEI層的重要成分，同時與鋰金屬表面處理的策略相比，另一種基于改性SSE的策略對鋰金屬具有更好的保護作用。這是因為循環過程中電解質與鋰金屬原位形成SEI的自愈合特性，然而據我們所知，很少有報道使用含F的SSE來導出含高濃度LiF的功能性SEI層。本文提出了對硫化物SSEs進行氟化誘導形成含高LiF負極界面，具體來講以硫銀鍺礦型LPSCl硫化物固態電解質作為主體材料，成功地使用不同含量的LiF取代LiCl，從而制備了含F的氟化LPSCl1-xFx硫化物SSEs（x=0.05、0.3、0.5、0.7、0.8和1）。

進一步使用優化后的“LPSCl0.3F0.7”SSE構成Li-Li對稱電池，在很少報道的6.37 mA cm-2的高電流密度和5 mAh cm-2的容量下，電池能夠循環超穩定循環250h，這與使用液態電解質的循環性能相當。Li金屬與LPSCl0.3F0.7SSE之間原位形成的界面具有致密的形貌，同時具有較高的LiF濃度，對實現高性能起著至關重要的作用。此外，用LPSCl0.3F0.7 SSEs匹配Li金屬組成的全電池同樣擁有優異的循環性能和倍率性能。

總之，通過在循環過程中固態電解質與鋰金屬原位形成了富含高濃度LiF的功能性SEI層，并且證明了具有較高的致密性。氟化硫化物SSE能夠誘導形成超穩定的Li金屬界面，有望為開發高性能全固態鋰金屬電池邁出重要的一步。
（責任編輯：fqj）