碳包覆層可提高硫化銻正極在全固態鋰電池中的容量和倍率性能

研究團隊主要針對這一問題，利用水熱法在活性物質硫化銻納米棒表面構筑一層穩定的碳包覆層，制備碳包覆硫化銻材料，進而實現改善材料電導率和緩沖體積變化目的。同時利用負極采用鋰銦(LiIn)合金、固態電解質采用所制備的鋰硅磷硫氯(LiSiPSCl)硫化物電解質(Li10Si0.3PS6.7Cl1.8)，正極采用硫化銻材料或硫化銻，組裝全固態鋰電池對其電化學性能進行評價。實驗中硫化銻材料正極的首圈循環放電容量為711 mAh g-1，穩定循環容量為431 mAh g-1，遠高于未包覆的硫化銻正極的首圈循環放電容量125 mAh g-1和穩定循環容量320 mAh g-1。團隊結合原位透射電鏡(TEM)與密度泛函理論(DFT)對硫化銻材料和硫化銻電極材料的鋰化與脫鋰化反應動力學與機理進行了詳細研究，結果表明，碳包覆層作為一個電子/離子導電通道，大大促進了電極材料中的電荷轉移。而未包覆碳的硫化銻納米棒的插層反應和轉化反應則非常緩慢，合金化反應幾乎受阻，嚴重限制了容量釋放。因此，所合成的硫化銻材料電極具有比未包覆硫化銻電極更高的容量和倍率性能。

該研究結果表明，碳包覆層可以改善硫化銻電極材料在全固態鋰電池中的反應動力學，其結構的相變路徑研究將為鋰離子在電極材料中的擴散機制提供了重要的見解，這對設計新型具有良好的電化學性能的金屬硫化物電極具有指導意義。同時該研究也證明了LiIn/LiSiPSCl/Sb2S3@C- LiSiPSCl -C全固態鋰電池是一種很有前途的、有望應用于消費電子和電動汽車高能量存儲系統。

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