第一作者：Xinyu Rui

通讯作者：任东生教授、刘翔教授、欧阳明高院士

通讯单位：清华大学

DOI: 10.1039/D3EE00084B

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研究背景

全固态电池（ASSBs）由于能提供更高的能量密度、高安全性和更宽的工作温度范围等优势，得到了广泛的发展。特别是，含有硫化物固态电解质（SEs）的ASSBs的导电性可媲美液体电解质（LEs），是最有希望商业化的候选材料。然而，由于硫化物SEs与Li1-xCoO2正极/Li负极之间的放热反应以及硫化物基复合正极释放有害的SO2，硫化物基ASSB是中仍然存在安全隐患然而，且缺乏这些失效行为的系统机制。基于此，清华大学欧阳明高院士等人首次揭示了硫化物基ASSBs的两种不同的热失控机制，即气-固反应和固-固反应。与普遍看法相反，DSC-MS表征显示，玻璃陶瓷（Li3PS4和Li7P3S11）和晶体（Li6PS5Cl和Li10GeP12S2）Se的产热明显大于LEs，并在复合正极球团中得到证实。

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文章要点

要点一：首次全面研究了含贫Ni正极材料的硫化铈的热稳定性及其不同的失效途径。结果表明，两类硫化物Se的热稳定性和析气行为差异取决于两种不同的失效路径，即GSR和SSR。

要点二：不同的热破坏机制表明，使用高热稳定性的硫化物晶体Se和单晶富NiRi正极材料可以抑制硫化物基ASSB的热破坏响应。

要点三：该研究强调了对ASSB是安全性进行基础研究的必要性，并为本质安全电池新兴材料的设计原则提供了新的思路。

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图文展示

图1.不同电解质在去锂化NCM下的热行为

图2. DSC-MS测量中不同硫化物SEs的气体演化

图3.两种不同热失效路径的实验验证

图4. LPS3+NCM和LPSC的非原位SEM和EDS图谱

图5. LPS3+NCM样品加热至不同温度后的非原位表征

图6. LPSC+NCM样品加热至不同温度后的非原位表征

图7.不同硫化物SEs与NCM的两种不同失效路径示意图

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