具有FePS3電極的硫化物固態(tài)電解質(zhì)全固態(tài)鋰電池研究

在具有硫化物固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池中，使用了混合活性材料、固態(tài)電解質(zhì)和導(dǎo)電添加劑的復(fù)合電極，以增強(qiáng)電池中鋰離子的擴(kuò)散性和電子傳導(dǎo)性。然而，向復(fù)合電極中添加固態(tài)電解質(zhì)和電子傳導(dǎo)添加劑，則意味著減少電池中活性材料的量。提出用FePS3作為全固態(tài)鋰電池的電極材料，而不是混合固態(tài)電解質(zhì)和導(dǎo)電添加劑。

制備FePS3的過(guò)程為：由鐵素體、紅磷和硫反應(yīng)合成出FePS3。首先，使用瑪瑙研缽和研杵將3種物質(zhì)的粉末混合；然后，將混合物放在真空的溫度為998K的石英管中加熱24h。為了除去反應(yīng)后樣品中多余的紅磷和硫，首先需要將所得樣品在真空溫度為598K的石英管中加熱20min；然后將所得產(chǎn)物放入瑪瑙研缽中研磨，并使用孔徑為100μm的篩子進(jìn)行篩選，除去其中大于100μm的顆粒；最后使用具有CuK輻射源的X射線衍射儀記錄FePS3粉末的X射線衍射（XRD）圖案。通過(guò)能量色散X射線光譜掃描電子顯微鏡（SEM）研究所得FePS3粉末的形貌和組成。

研究結(jié)果表明，使用FePS3電極的全固態(tài)電池能夠在室溫條件和0.13mA/cm2的恒定電流密度下，表現(xiàn)出超過(guò)30個(gè)循環(huán)可逆的充放電行為，而且在第30個(gè)循環(huán)周期中，該電池的放電容量仍可達(dá)到107mAh/g。該結(jié)果與具有固態(tài)電解質(zhì)和含有導(dǎo)電添加劑電極的電池結(jié)果相當(dāng)，因此得知，任何固態(tài)電解質(zhì)或含有導(dǎo)電添加劑的FePS3電極都不具有足夠的鋰離子擴(kuò)散路徑和電子傳導(dǎo)性。

研究結(jié)果還表明，通過(guò)增加全固態(tài)電池中FePS3電極的量，可以增加電池容量。因此，在FePS3作為具有硫化物基固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池中，鐵基電極是非常有潛力的。

刊名：Electrochimica Acta（英）

刊期：2017年第241期作者：Fujii Y.et al

編譯：陳少帥