全固態(tài)電池（ASSB）由于其高能量密度和安全性，已被廣泛認為是關鍵的下一代儲能技術。然而，由于鹵化物SEs的大顆粒尺寸導致的不良界面接觸和離子傳輸，在高正極負載下的穩(wěn)定循環(huán)很難實現。

在此，中科院物理所吳凡教授團隊首次利用冷凍干燥技術（FD法）合成了80%粒徑小于200 nm的Li₃InCl₆ SE，大大提高了復合正極的電荷傳輸能力和ASSB的整體界面接觸。

FD法可以在電解質溶液凍結成固體時去除溶劑，有效解決溶液熱蒸發(fā)過程中顆粒碰撞和高溫導致的粒徑增大問題。80.77%的FD200 SE顆粒位于0 ~ 200 nm范圍內，分布在200 ~ 400 nm和400 ~ 600 nm的分別只有15.38%和3.85%，而不使用FD200 SE的顆粒大于600nm。粒徑小、粒徑分布均勻降低了SE層界面粗糙度，有效減小了界面之間的接觸間隙。

此外，它可以極大地改善正極復合材料中的遷移動力學，產生更均勻的電流分布，從而極大地抑制界面電化學-機械應力對ASSBs的損害。

圖1. NCM90-Li₃InCl₆/Li₃InCl₆/Li₆PS₅Cl/Li在不同SE（FD200、FD300、FD400）下的電化學性能

研究表明，具有LCO/NCM90正極和FD200 SE的ASSB具有良好的電化學性能。特別是，NCM90的ASSB顯示出30000次循環(huán)的超長壽命，在20C (9.98 mA/cm²)下容量保持70%。

循環(huán)壽命和電流密度都超過了文獻中鹵化物SEs的ASSB的最高報告值(3000次循環(huán)，3.36 mA/cm²)。此外，該復合正極可實現49 C的超高充電速率和95%的CAM比例。

最后，FD200 SE與氧化物正極材料具有出色的兼容性并且其合成工藝對環(huán)境友好易于大規(guī)模生產可滿足對下一代儲能系統日益增長的需求。

圖2. 不同SEs的NCM90-Li₃InCl_6/Li₃InCl₆/Li₆PS₅Cl/Li倍率容量及長循環(huán)性能

High-Areal-Capacity and Long-Cycle-Life All-Solid-State Battery Enabled By Freeze Drying Technolog，Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee00420a