吳凡科學(xué)家工作室團(tuán)隊(duì)EES(IF=40)-快充三分鐘，循環(huán)三萬次全固態(tài)電池
來源：原創(chuàng) | 2023年03月21日
【工作介紹】
全固態(tài)電池（ASSB）由于其高能量密度和安全性，已被廣泛認(rèn)為是關(guān)鍵的下一代儲能技術(shù)。然而，由于固態(tài)電解質(zhì)SE的大顆粒尺寸導(dǎo)致的不良界面接觸和離子傳輸，很難在高正極負(fù)載下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定循環(huán)。本文首次利用冷凍干燥技術(shù)合成了顆粒尺寸在0-200nm區(qū)間占比達(dá)80%的Li3InCl6固態(tài)電解質(zhì)，大幅提高了復(fù)合正極的電荷傳輸能力和全固態(tài)電池的整體界面接觸。相應(yīng)的ASSB使用具有高離子導(dǎo)電率的硫化物固態(tài)電解質(zhì)作為負(fù)極側(cè)電解質(zhì)層，使用小顆粒具有高氧化穩(wěn)定性鹵化物固態(tài)電解質(zhì)作為復(fù)合正極中的電解質(zhì)和正極側(cè)電解質(zhì)層，以結(jié)合兩種固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，獲得了優(yōu)異的電化學(xué)性能。包括在20C（9.98mA/cm2）的高倍率下實(shí)現(xiàn)30000圈循環(huán)的超長壽命和>70%的容量保持率。即使在正極活性物質(zhì)占比為80%且面容量為9.8mAh/cm2的情況下，ASSB仍能提供107mAh/g的放電比容量并經(jīng)過100次循環(huán)后，容量保持率接近90%。此外，還實(shí)現(xiàn)了前所未有的正極活性物質(zhì)比例（95%）和超高充放電倍率（49C）。這些結(jié)果表明此技術(shù)在實(shí)現(xiàn)具有高正極負(fù)載、快速充放電能力和長循環(huán)壽命的高能量密度全固態(tài)電池的實(shí)際應(yīng)用中具有巨大潛力。該成果以“High-Areal-Capacity and Long-Cycle-Life All-Solid-State Battery Enabled By Freeze Drying Technology ”為題發(fā)表在國際知名期刊Energy& Environmental Science(IF=39.714)，第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士生馬騰歡。
【核心內(nèi)容】
圖 1 Li3InCl6三種不同合成方法示意圖。（a）冷凍干燥法；（b）水合法；（c）球磨法
眾所周知，冷凍干燥技術(shù)在納米材料合成領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文首次創(chuàng)新性地將改進(jìn)的冷凍干燥技術(shù)用于鹵化物SEs的合成。如圖1a所示，將化學(xué)計量比的LiCl和InCl3首先溶解在去離子水中形成溶液，然后在冷凍干燥機(jī)中快速冷凍成固體，通過真空升華去除游離水，得到Li3InCl6·xH2O。需要注意的是，該步驟可以顯著緩解溶液熱蒸發(fā)過程中由于顆粒碰撞和高溫導(dǎo)致的顆粒尺寸增加的問題。因此，可以獲得比傳統(tǒng)水合方法更小顆粒尺寸的前驅(qū)體。最后，可以通過在真空環(huán)境中去除結(jié)晶水來獲得純Li3InCl6（LIC）。為了更好地反映冷凍干燥方法的優(yōu)點(diǎn)，本文還比較了水合法和球磨法制備的LIC，其合成過程如圖1b-c所示。其中，水合法和冷凍干燥的區(qū)別在于，通過熱蒸發(fā)去除游離水，而球磨則通過高能球磨和燒結(jié)直接混合LiCl和InCl3制備純LIC。
圖 2 NCM90-Li3InCl6/Li3Inl6/Li6PS5Cl/Li在不同SE(FD200、FD300、FD400)下的電化學(xué)性能。（a） 0.5、1、2、5、10和15 C下的倍率性能，（b）15 C、6.1 mA/cm2下的循環(huán)性能。（c） 1mAh/cm2時的充放電曲線。（d） 1mAh/cm2充放電后的阻抗譜。（e） 由DRT評估的弛豫時間的分布。（f） 基于DRT計算結(jié)果的阻抗曲線擬合示例和（g）相應(yīng)阻抗擬合值。
在電解質(zhì)合成過程中，燒結(jié)溫度往往會影響SE的結(jié)晶度和粒度。為了更好地將冷凍干燥法與傳統(tǒng)的水合法和球磨法進(jìn)行比較，首先探討了三種不同燒結(jié)溫度（200–400°C）的影響。為了更好地顯示三種不同燒結(jié)溫度對SE的影響，進(jìn)行了一系列電化學(xué)表征，如圖2a所示，組裝含有80%活性正極材料的ASSB進(jìn)行倍率性能測試,具有200°C燒結(jié)SE（FD200）的ASSB即使在初始充電倍率為0.5 C時也能提供207 mAh/g的比容量，而300°C和400°C燒結(jié)的SE的放電比容量分別為174.4和153.5 mAh/g。同時，在15 C和6.1 mA/cm2的電流密度下，還對組裝有三種不同SE的ASSB進(jìn)行了循環(huán)測試（圖2b）?？梢钥闯?，經(jīng)過1800次循環(huán)后，F(xiàn)D200電池的容量幾乎沒有衰減，而FD300電池和FD400電池的容量保持率分別只有75%和64.7%。為了進(jìn)一步了解不同SE對電池每個界面的具體影響，對以1mAh/cm2充放電的電池進(jìn)行了阻抗測試（圖2c，2d）。同時，為了消除主觀因素造成的阻抗擬合的不合理性，引入弛豫時間分布（DRT）對阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，為峰值分離提供客觀依據(jù)。DRT擬合結(jié)果如圖2e所示。其中圖2e中Rdiffusion對應(yīng)的特征峰僅由軟件自動擬合，實(shí)際數(shù)據(jù)中不存在對應(yīng)的頻率。因此，可以獲得與每個電池的阻抗相對應(yīng)的不同界面的特定頻率進(jìn)行擬合。如圖2f所示，以FD400電池的阻抗為例，我們可以看到不同界面的對應(yīng)頻率分別為110 kHz、9 kHz、1 kHz、25 Hz和1 Hz。110kHz對應(yīng)于Li3InCl6和Li6PS5Cl（LIC/LPS）之間的頻率，9kHz對應(yīng)于復(fù)合正極中的LIC和集流體（LIC/CC）。負(fù)極/LPS（Li/LPS）的頻率為1kHz。25Hz歸因于NCM90和LIC界面（Ni90/LIC）。1Hz與正極和負(fù)極處的電荷轉(zhuǎn)移（ct）相關(guān)。然而，值得注意的是，盡管這種方法可以客觀地獲得不同界面對應(yīng)的真實(shí)頻率，但由于阻抗值相似，阻抗被分為三部分進(jìn)行擬合（如圖2g所示）。Rohm表示ASSB的歐姆阻抗，RLIC/LPS+LIC/CC（R2）表示鹵化物L(fēng)IC SE層和硫化物L(fēng)PS SE層之間的界面阻抗之和以及復(fù)合正極中的鹵化物SE和集流體之間的界面電阻。RNi90/LIC+Li/LPS+Rct（R3）表示復(fù)合正極中活性材料NCM90和LIC SE之間的界面阻抗以及硫化物SE LPS層和負(fù)極之間的界面電阻以及Rct阻抗的總和。圖2g顯示阻抗值的差異主要集中在R3中。由于電池具有相同的負(fù)極結(jié)構(gòu)，因此該數(shù)據(jù)的差異歸因于Ni90/LIC，其包括陰極活性材料和LIC之間的界面阻抗以及它們之間的Rct。這種差異的原因可能是由于燒結(jié)溫度的升高，這將導(dǎo)致電解質(zhì)顆粒的直徑增加，無法在陰極中形成穩(wěn)定的導(dǎo)鋰網(wǎng)絡(luò)。為此，我們已經(jīng)明確使用200℃的燒結(jié)溫度可以獲得最佳的LIC。
圖 3 通過不同方法合成的Li3InCl6的SEM圖像。（a，b，c）冷凍干燥-200；（e，f，g）水合法。（i，j，k）球磨法。用不同方法合成的Li3InCl6顆粒尺寸的統(tǒng)計分布。（d） 冷凍干燥-200；（h）水合法；（l）球磨法。
為了進(jìn)一步揭示冷凍干燥技術(shù)的優(yōu)勢，將合成的LIC與傳統(tǒng)水合法和球磨法制備的LIC進(jìn)行了比較。SEM圖像（圖3）顯示通過冷凍干燥制備的LIC（圖3a-c）具有比其他LIC更小的粒度。為了直接顯示顆粒尺寸的差異，對隨機(jī)選擇的同一區(qū)域進(jìn)行了統(tǒng)計分析。如圖3（d，h，l）所示，F(xiàn)D200 SE 在0-200nm范圍占比高達(dá)80.77%。只有15.38%和3.85%分別分布在200-400nm和400-600nm的范圍內(nèi)。沒有FD200 SE的顆粒尺寸大于600nm。相比之下，水合法（HM）在0-200nm范圍內(nèi)的SE比例僅為21.28%，而球磨法（BM）在該范圍內(nèi)的分布僅為9.38%。盡管HM和BM SE在200–600 nm范圍內(nèi)粒徑分布非常相似，但可以看出，800-1000 nm范圍內(nèi)大粒徑的BM SE比例高達(dá)21.89%。SEM圖像和統(tǒng)計分析表明，HM制備的SE比BM制備的具有更均勻的粒度分布和更小的粒度。這是因?yàn)镠M可以使原料通過溶劑介質(zhì)在溶液中更均勻地分布和充分接觸。然而，BM產(chǎn)生的混合物具有較低的均勻性，這可能導(dǎo)致原材料的微觀分布不均勻。在隨后的處理過程中，擴(kuò)散很難順利進(jìn)行，導(dǎo)致產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和粒度分布等存在很大差異。與HM相比，F(xiàn)D方法產(chǎn)生更小的LIC顆粒尺寸，這歸因于溶劑蒸發(fā)過程中的事實(shí)。FD方法將溶液冷凍成固體，然后通過升華去除溶劑，可以解決溶劑熱蒸發(fā)過程中由于顆粒碰撞和高溫導(dǎo)致的顆粒尺寸增加的問題。通過采用FD方法并控制最終燒結(jié)溫度，與傳統(tǒng)的HM和BM相比，可以獲得更小的電解質(zhì)顆粒尺寸。
圖 4 NCM90-Li3InCl6/Li3Inl6/Li6PS5Cl/Li在不同SE（FD200、HM、BM）下的電化學(xué)性能。（a） 在0.5、1、2、5、10C下的倍率性能，以及（b）在10C、5 mA/cm2下相應(yīng)的循環(huán)性能。（c） 2.5mAh/cm2下的充放電曲線。（d） 3mAh/cm2下的充放電曲線。（c） 在4.4mAh/cm2下的充放電曲線。（f） FD200 ASSB在10C下充放電后記錄的阻抗譜。（g） 在10C下充放電后記錄的HM ASSB的阻抗譜。（h） 在10C下充放電后記錄的BM ASSB的阻抗譜。（i、j和k）每個部分的對應(yīng)阻抗擬合值。
為了揭示通過不同方法合成的SE對ASSBs電化學(xué)性能的影響，在ASSBs的陰極混合物和SE層的構(gòu)建中添加了三種通過不同方法制備的LIC SE。測試了三種類型電池的倍率性能（圖4a和），表明FD200 ASSB具有最佳的倍率性能，在0.5C的初始倍率下提供201mAh/g的比容量，甚至在10C的高倍率下提供125mAh/g比容量。相反，HM ASSB和BM ASSB在0.5C下只能釋放185mAh/g和164mAh/g的比容量，在10C下只能分別釋放105mAh/g或99mAh/g的比容量。這是由于較小的SE可以在復(fù)合陰極中形成更優(yōu)異的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而促進(jìn)離子在ASSB中的動態(tài)傳輸。同時，還組裝并測試了面積容量分別為2.5 mAh/cm2、3 mAh/cm2和4.4 mAh/cm2的ASSBs，以研究三種不同合成方法的LIC對電池性能的影響，如圖4c-e所示。結(jié)果表明，在不同的面容量下，F(xiàn)D200 ASSB>HM ASSB>BM ASSB的趨勢已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，這再次證實(shí)了減小SE顆粒尺寸對于更好的離子傳輸途徑的重要性，即使對于具有實(shí)際應(yīng)用潛力的ASSB也是如此。還以10 C（5mA/cm2）的倍率（電流密度）對這三個具有不同SE的ASSB進(jìn)行循環(huán)測試，如圖4b所示。在150次循環(huán)后，F(xiàn)D200 ASSB仍然可以釋放124mAh/g的比容量，與125mAh/g的第一次循環(huán)放電容量相比幾乎沒有衰減。HM ASSB在150次循環(huán)后僅提供76.5mAh/g的比容量，顯示出72.8%的容量保持率。相比之下，BM ASSB在50次循環(huán)后只能保持52.4mAh/g的比容量，衰減快，容量保持率低，為52.9%。這是由于ASSB在循環(huán)過程中體積變形大，而具有小顆粒尺寸的SE可以在電池組裝過程中大大降低ASSB中的孔隙率，以獲得更好的界面接觸。在循環(huán)前后，還對具有這三種不同SE的ASSB進(jìn)行了阻抗測試，其結(jié)果如圖4f-h所示，以驗(yàn)證上述觀點(diǎn)。對這些阻抗結(jié)果進(jìn)行擬合，以更清楚地顯示SE對不同界面的影響，擬合結(jié)果如圖4i-k所示（擬合方法和每個組件的代表性含義與圖2相同）。其中，F(xiàn)D200 ASSB顯示了循環(huán)前后的最小阻抗值。值得注意的是，在150次循環(huán)后，F(xiàn)D200 ASSB在每個部分的阻抗值增加了不到1Ω，這與圖2b所示的高循環(huán)穩(wěn)定性一致，表明FD200 SE對ASSB的循環(huán)穩(wěn)定性的重要性。相反，HM ASSB和 BM ASSB的每個界面的阻抗在循環(huán)之前和之后都增加到了不同程度。最明顯的變化是在RNi90/LIC+Li/LPS+Rct部分。循環(huán)后，HM ASSB在該部分的阻抗值從54.31Ω增加到65.1Ω，而BM ASSB的阻抗值則從57.51Ω增加到83.36Ω，F(xiàn)D200 ASSB僅從34.6Ω增加到35Ω。該部分的阻抗值的差異由混合陰極中活性材料和LIC SE之間的界面阻抗和Rct決定。這部分阻抗值也將直接影響ASSB的放電容量，這與圖4b中的循環(huán)性能一致。這一結(jié)果再次證實(shí)了FD200 SE的優(yōu)越性以及細(xì)化SE的粒度對于提高ASSB的電化學(xué)性能的重要性。
圖 5 在使用不同Li3InCl6循環(huán)前和循環(huán)后，復(fù)合正極和固體電解質(zhì)的橫截面的SEM圖像和EDX元素映射。（a-d）FD200；（e-h）HM；（i-l）BM。
為了直接觀察循環(huán)前后的陰極/SE界面，對具有不同SE的組裝ASSB進(jìn)行了截面SEM研究。從圖5a-d可以看出，具有FD200 SE的ASSB在陰極中顯示出最均勻的SE分布和最光滑的陰極/SE界面。然而，具有HM合成的SE的ASSB（圖5e-h）和BM（圖5i-l）在陰極中具有不均勻分布。隨著活性陰極材料的體積變化，HM ASSB在循環(huán)后的陰極中出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，而BM ASSB甚至在陰極中出現(xiàn)裂紋，這也是電池循環(huán)性能差的原因。
圖 6 NCM90-Li3InCl6/Li3Inl6/Li6PS5Cl/Li倍率容量和不同SE的長循環(huán)壽命。（a） FD200 SE在不同倍率下的ASSB的初始充放電曲線；（b）在1、5、10、15、20、25、30、40和49C下倍率性能；（c） 在20C、9.98mA/cm2下的循環(huán)性能；與文獻(xiàn)的電化學(xué)性能比較。（d）倍率；（e） 循環(huán)圈數(shù)；（f）相應(yīng)的面電流密度。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證冷凍干燥制備SE的優(yōu)越性，對FD200 ASSBs進(jìn)行了一系列電化學(xué)表征。通過減小SEs的粒徑，ASSB可以形成更優(yōu)異的離子傳輸網(wǎng)絡(luò)和改善的界面接觸，從而可以獲得更好的高倍率性能。從圖6a-b可以看出，F(xiàn)D200 ASSB可以在49C（12.48mA/cm2）的超高倍率下表現(xiàn)出正常的充放電曲線，比容量為17mAh/g。此外，F(xiàn)D200 ASSB還可以在超高電流密度/速率（9.98mA/cm2/20C）下表現(xiàn)出30000次循環(huán)的超長循環(huán)壽命（圖6c），30000次循環(huán)后的容量保持率高達(dá)70%。然而，HM ASSB的容量在16000次循環(huán)后衰減為零。此外，還對文獻(xiàn)中使用鹵化物SE的固態(tài)電池的倍率性能、電流密度和循環(huán)壽命進(jìn)行了總結(jié)和比較。因此，本工作中報告的FD200 ASSB的倍率/電流密度（49C，12.48mA/cm2）遠(yuǎn)高于所有其他工作的值。值得注意的是，在所有報道的鹵化物SE的工作中（圖6d），只有使用Li3YCl6的ASSB才能達(dá)到5C的最高倍率，這仍然比FD200 SE在這項(xiàng)工作中實(shí)現(xiàn)的倍率能力低約10倍。圖6（e-f）比較了報告的ASSB和鹵化物SE的循環(huán)壽命和相應(yīng)的電流密度。顯然，這項(xiàng)工作中30000次循環(huán)的循環(huán)壽命和面電流密度（9.98mA/cm2）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鹵化物SE所能達(dá)到的最高水平（分別為3000次循環(huán)和3.36mA/cm2）。這是由于通過冷凍干燥技術(shù)大大減小了SE的粒度，并由此實(shí)現(xiàn)了均勻分布，這大大改善了ASSB中的鋰導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和界面接觸，以承受充電/放電過程中電極材料大體積變化的不利影響。因此，實(shí)現(xiàn)了49C的超高倍率和在9.98mA/cm2的超高電流密度下30000次循環(huán)的超長穩(wěn)定壽命。
圖 7 NCM90或LCO-Li3InCl6/Li3Inl6/Li6PS5Cl/Li具有FD200 SE的高CAM比例和高負(fù)載性能。（a）ASSB在不同倍率下的初始充放電曲線；（b） 0.1、0.2、0.5、1、2、3、4和5C時的倍率性能；（c） CAM比例與文獻(xiàn)比較；（d-e）5mAh/cm2下的循環(huán)性能；（f-g）在9.8mAh/cm2下的循環(huán)性能；（h-i）ASSB在各種陰極負(fù)載下的充放電曲線；（j） 放電容量與文獻(xiàn)的比較。
FD200 SE不僅可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的倍率性能和超高的電流密度，還可以實(shí)現(xiàn)陰極活性材料的高比例和高負(fù)載。圖7a-b顯示，即使在正極活性材料比例高達(dá)95%的情況下，Ni90/LIC/LPS/Li ASSB也表現(xiàn)出良好的倍率性能，并且它可以在0.1C下提供195mAh/g的比容量。此外，53mAh/g比容量仍然可以在5C速率下保持1500次循環(huán)（詳見supporting information）。這項(xiàng)工作的活性材料比例已達(dá)到迄今為止報道的所有鹵化物固態(tài)電池的最高水平（圖7C）。此外，F(xiàn)D200 ASSB在2.5mAh/cm2的高負(fù)載下也顯示出良好的倍率性能（詳見supporting information）。FD200 ASSB仍然可以提供130mAh/g的比容量，并且在1C倍率（2.5mA/cm2）下穩(wěn)定循環(huán)200次。如圖7d-e所示，即使面容量增加到5mAh/cm2，F(xiàn)D200 ASSB仍然可以在0.1C下提供132mAh/g的比容量，并完成150次循環(huán)。值得注意的是，當(dāng)正極活性材料比例為80%且面積容量達(dá)到9.8mAh/cm2（72.6mg/cm2）時，F(xiàn)D200 ASSB仍然可以以107mAh/g的高比容量良好地工作100次循環(huán)。從圖7h-i可以看出，即使設(shè)計的面容量最終增加到15mAh/cm2，F(xiàn)D200 ASSB仍然可以釋放13.69mAh/cm2的容量，顯示出高達(dá)91.3%的容量利用率。13.69mAh/cm2的實(shí)際放電面容量已經(jīng)達(dá)到了所有報道的先進(jìn)電池的最高水平（圖7j）。因此，本工作中報道的合成/加工技術(shù)和獲得的SE對于具有超高面容量和倍率能力的ASSB具有巨大的商業(yè)應(yīng)用前景。
【總結(jié)】
本工作采用了一種改進(jìn)的冷凍干燥方法來制備具有小顆粒尺寸的FD200（Li3InCl6）SE。FD方法可以在電解質(zhì)溶液凍結(jié)成固體時去除溶劑，并且可以有效地解決溶液熱蒸發(fā)過程中由于顆粒碰撞和高溫而導(dǎo)致的顆粒尺寸增加的問題。FD200 SE顆粒尺寸在0-200nm范圍內(nèi)占比高達(dá)80.77%，并分別只有15.38%和3.85%分布在200–400 nm和400–600 nm的范圍內(nèi)。沒有FD200 SE顆粒大于600 nm。小的顆粒尺寸和均勻的顆粒尺寸分布降低了SE層界面的粗糙度，從而有效地減小了界面之間的接觸間隙。此外，它可以極大地改善陰極復(fù)合材料中的傳輸動力學(xué)，并產(chǎn)生更均勻的電流分布，極大地抑制界面電化學(xué)機(jī)械應(yīng)力對ASSB造成的損傷。因此，具有LCO/NCM90陰極和FD200 SE的ASSB表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。特別是，具有NCM90的ASSB在20C（9.98mA/cm2）下循環(huán)30000次的超長壽命和>70%的容量保持率。循環(huán)壽命和電流密度都超過了文獻(xiàn)中報道的具有鹵化物SE的ASSB的最高值（3000次循環(huán)，3.36mA/cm2）。此外，可以實(shí)現(xiàn)49C的超高充放電倍率和復(fù)合陰極中CAM 95%的高活性占比。即使當(dāng)復(fù)合陰極中CAM（LCO）的比例為80%，面容量為9.8mAh/cm2（72.6mg/cm2）時，ASSB仍能提供107mAh/g的比容量，并在100次循環(huán)后容量保持率高達(dá)90%。除此之外，F(xiàn)D200SE與氧化物陰極材料具有優(yōu)異的兼容性，并且其合成工藝對環(huán)境友好，易于大規(guī)模生產(chǎn)，有可能滿足下一代儲能系統(tǒng)日益增長的需求。
課題組近期論文
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1.High-Areal-Capacity and Long-Cycle-Life All-Solid-State Battery Enabled By Freeze Drying Technology. T. Ma, Z. Wang, D. Wu, P. Lu, X. Zhu, M. Yang, J. Peng, L. Chen, H. Li, F. Wu*. Energy & Environmental Science (IF=40) 2023, in press.
2.Tuning discharge voltage by Schottky electron barrier in P2-Na2/3Mg0.205Ni0.1Fe0.05Mn0.645O2.Y. Wang, Z. Shadike, W. Fitzhugh, F. Wu, S. Lee, J. Lee, X. Chen, Y. Long, E. Hu, X. Li*. Energy Storage Materials, 2023, 55, 587-596
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6.Toward Better Batteries: Solid-State Battery Roadmap 2035+. D. Wu, F. Wu*.eTransportation, (IF=13.661), 2023,16,100224.
7.Long-life High-capacity Lithium Battery with Liquid Organic Cathode and Sulfide Solid Electrolyte. J. Peng, D. Wu, H. Li, L. Chen & F. Wu* Battery Energy, 2023, 20220059.
8.Solid state ionics - selected topics and new directions. F. Wu, L. Liu, S. Wang, J. Xu, P. Lu, W. Yan, J. Peng, D. Wu, H. Li* Progress in Materials Science (IF=40), 2022, 126,100921.
9.Progress in Solvent-Free Dry-Film Technology for Batteries and Supercapacitors. Y. Li, Y. Wu, Z. Wang, J. Xu, T. Ma, L. Chen, H. Li*, F. Wu*. Materials Today (IF=31.041), 2022, 55,92-109.
10.Long-Life Lithium-Metal All-Solid-State Batteries and Stable Li Plating Enabled by In-situ Formation of Li3PS4 in SEI Layer. J. Xu, J. Li, Y. Li, M. Yang, L. Chen, H. Li, F. Wu*. Advanced Materials (IF=32.086), 2022, 2203281.
11.Long-life Sulfide All-solid-state Battery Enabled by Substrate-Modulated Dry-Process Binder. Y. Li, Y. Wu, T. Ma, Z. Wang, Q. Gao, J. Xu, L. Chen, H. Li, F. Wu*. Advanced Energy Materials (IF=29.698), 2022, 01732.
12.Air Stability of Sulfide Solid-state Batteries and Electrolytes. P. Lu#, D. Wu#, L. Chen, H. Li*, F. Wu*. Electrochemical Energy Reviews (IF=30.01), 2022, 5:3.
13.Improving Thermal Stability of Sulfide Solid Electrolytes: An Intrinsic Theoretical Paradigm. S. Wang, Y. Wu, H. Li, L. Chen, F. Wu*. Infomat (IF=25.405) 2022, 212316.
14.Wide-temperature, Long-cycling, and High-loading Pyrite All-solid-state Batteries Enabled by Argyrodite Thioarsenate Superionic Conductor. P. Lu, Y. Xia, G. Sun, S. Shi, Z. Sha, L. Chen, H. Li, F. Wu*. Advanced Functional Materials(IF=19.924), 2022, 2211211.
15.Thermal Stability between Sulfide Solid Electrolytes and Oxide Cathode. S. Wang, Y. Wu, T. Ma, L. Chen, H. Li,F. Wu*. ACS Nano(IF=18.9), 2022, 16, 10, 16158–16176.
16.Interfacial and Cycle Stability of Sulfide All-Solid-State Batteries with Ni-Rich Layered Oxide Cathodes. J. Wang, Z. Zhang, J. Han, X. Wang, L. Chen, H. Li, F. Wu*. Nano Energy (IF=17.881), 2022, 107528.
17.Doping Strategy and Mechanism for Oxide and Sulfide Solid Electrolytes with High Ionic Conductivity. Y. Wang, Y. Wu, Z. Wang, L. Chen, H. Li*, F. Wu*. Journal of Materials Chemistry A (IF=12.732) 2022, 10, 4517 - 4532.
18.Recent Progress of Solid-Sstate Lithium Batteries in China. D. Wu, L. Chen, H. Li, F. Wu*. Applied Physics Letters, 2022,121, 120502.
19.Air/water Stability Problems and Solutions for Lithium Batteries. M. Yang, L. Chen, H. Li*, F. Wu*. Energy Materials Advances, 2022, 9842651.
20.Stable Ni-rich layered oxide cathode for sulfide all-solid-state lithium battery. Y. Wang, Z. Wang, D. Wu, Q. Niu, P. Lu, T. Ma, Y. Su, L. Chen, H. Li, F. Wu*. eScience, 2022, 2, 537-545.
21.Progress in Lithium Thioborate Superionic Conductors. X. Zhu, Z. Zhang, L. Chen, H. Li. F. Wu*. Journal of Materials Research (invited paper), 2022, 37, 3269–3282.
22.Liquid-phase Synthesis of Li2S and Li3PS4 with Lithium-based Organic Solutions. J. Xu, Q. Wang, W. Yan, L. Chen, H. Li. F. Wu*. Chinese Physics B, 2022, 31,098203.
作者及團(tuán)隊(duì)介紹
第一作者：馬騰歡：男，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生三年級，本科畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)能源化學(xué)工程專業(yè)，目前從事高性能全固態(tài)電池體系優(yōu)化研究，擅長全固態(tài)電池正負(fù)極界面改性，硫化物、鹵化物電解質(zhì)合成及優(yōu)化，具有較為豐富材料合成及表征的經(jīng)驗(yàn)和能力。
合作作者：
陳立泉：中科院物理所博士生導(dǎo)師。中國工程院院士。北京星恒電源股份有限公司技術(shù)總監(jiān)。曾任亞洲固體離子學(xué)會副主席，中國材料研究學(xué)會副理事長，2004年至今任中國硅酸鹽學(xué)會副理事長。主要從事鋰電池及相關(guān)材料研究，在中國首先研制成功鋰離子電池，解決了鋰離子電池規(guī)?；a(chǎn)的科學(xué)、技術(shù)與工程問題，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化。近年來，開展了全固態(tài)鋰電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、室溫鈉離子電池等研究，為開發(fā)下一代動力電池和儲能電池奠定了基礎(chǔ)。曾獲國家自然科學(xué)獎一等獎、中科院科技進(jìn)步獎特等獎和二等獎，2007年獲國際電池材料協(xié)會終身成就獎。2001年當(dāng)選為中國工程院院士。
李泓：中科院物理所博士生導(dǎo)師。北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室副主任?？萍疾肯冗M(jìn)能源領(lǐng)域儲能子領(lǐng)域主題專家，工信部智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目責(zé)任專家，國家新能源汽車創(chuàng)新中心技術(shù)專家。國家杰出青年科學(xué)基金獲得者。國家重點(diǎn)研發(fā)計劃新能源汽車試點(diǎn)專項(xiàng)動力電池項(xiàng)目，北京市科委固態(tài)電池重點(diǎn)項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金委固態(tài)電池重點(diǎn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。聯(lián)合創(chuàng)辦北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司、溧陽天目先導(dǎo)電池材料科技有限公司、中科海鈉科技有限公司、天目湖先進(jìn)儲能技術(shù)研究院有限公司，長三角物理研究中心有限公司。主要研究領(lǐng)域包括：高能量密度鋰離子電池、固態(tài)鋰電池、電池失效分析、固體離子學(xué)。合作發(fā)表SCI論文380篇，引用超過27000次，H因子84。共申請中國發(fā)明專利100余項(xiàng)，已獲授權(quán)中國發(fā)明專利50余項(xiàng)。
通訊作者：
吳凡：中科院物理所博導(dǎo)；中國科學(xué)院大學(xué)教授；長三角物理研究中心科學(xué)家工作室主任，兼任共青團(tuán)常州市委副書記。入選國家海外高層次人才引進(jìn)計劃、中科院海外杰出人才引進(jìn)計劃及擇優(yōu)支持、江蘇省杰出青年基金。發(fā)表SCI論文77篇，申請中國、美國、國際發(fā)明專利53項(xiàng)。誠聘博士后、工程師。歡迎報考/加入課題組（https://www.x-mol.com/groups/wu_fan/people/8037）。來信請聯(lián)系：fwu@iphy.ac.cn。