近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院黃建宇、黃俏團(tuán)隊(duì)在全固態(tài)電池領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。研究成果《理解銅集流體在硫化物固態(tài)鋰電池中的穩(wěn)定性》(Understanding the stability of copper current collector with sulfide electrolyte in all-solid-state batteries)發(fā)表于能源領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials，中科院1區(qū)Top期刊，影響因子29.698）。材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生李夢(mèng)琳為第一作者，燕山大學(xué)博士研究生王波和馬俊為論文共同第一作者；我校黃建宇教授、黃俏副教授以及燕山大學(xué)唐永福教授為論文的共同通訊作者，我校為論文第一完成單位。
硫化物固態(tài)鋰電池因其高能量密度、高安全性、長(zhǎng)循環(huán)壽命引起了研究界的廣泛關(guān)注。然而，商業(yè)化銅箔集流體與硫化物電解質(zhì)不兼容，在電化學(xué)過(guò)程中硫化物電解質(zhì)與銅箔產(chǎn)生化學(xué)/電化學(xué)腐蝕，造成電池的快速失效。這個(gè)問(wèn)題阻礙了硫化物固態(tài)鋰電池發(fā)展。
鑒于此，團(tuán)隊(duì)研究了硫化物電解質(zhì)和銅箔集流體之間發(fā)生副反應(yīng)的機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，工況環(huán)境中痕量的水（即使是ppm級(jí)）是導(dǎo)致銅集流體被硫化物電解質(zhì)腐蝕的元兇。在露點(diǎn)為-50℃的干房?jī)?nèi)，硫化物電解質(zhì)與環(huán)境中痕量的水分子反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕性H2S從而腐蝕銅箔。腐蝕后的銅箔機(jī)械強(qiáng)度迅速降低，界面處產(chǎn)生大量的腐蝕副產(chǎn)物導(dǎo)致電池內(nèi)阻攀升。作為比較，在嚴(yán)格無(wú)水的手套箱環(huán)境中，銅和硫化物電解質(zhì)之間不會(huì)發(fā)生反應(yīng)副反應(yīng)。這些結(jié)果表明，如果能?chē)?yán)格控制環(huán)境中的水含量，銅集流體可以被當(dāng)作硫化物固態(tài)電池的集流體使用。然而完全無(wú)水的工作環(huán)境很難獲得，因此在實(shí)際的應(yīng)用中，銅箔表面需要進(jìn)行防腐處理，以減少硫化物電解質(zhì)對(duì)銅集流體的腐蝕。這項(xiàng)研究為加速硫化物固態(tài)電池的發(fā)展提供了重要指導(dǎo)。
（銅箔集流體在不同副反應(yīng)程度下的固態(tài)電池性能）
黃建宇教授、黃俏副教授團(tuán)隊(duì)迄今已獲批國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目多項(xiàng)。在A(yíng)dvnced energy materials、advanced functional materials、Energy storage materials等高水平能源期刊發(fā)表論文20余篇。近年來(lái)，材料科學(xué)與工程學(xué)院以高比能二次鋰電池為研究特色開(kāi)展了大量基礎(chǔ)研究，獲得了多項(xiàng)高水平研究成果，為滿(mǎn)足國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，著重解決新能源基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用中的重大和工程化問(wèn)題做出了貢獻(xiàn)。
(原文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202303156)
