天津大学杨全红、杨春鹏AEM：高容量、长寿命全固态锂-硒电池！

锂-硒（Li-Se）电池被认为是一种有吸引力的能源存储系统，因为与Li-硫（Li-S）电池相比，Li-Se电池具有更高的理论体积能量密度（2528 Wh L⁻¹），并且比传统锂离子电池具有更高的质量能量密度（1155 Wh kg⁻¹）。这种有利的体积能量密度使Li-Se电池特别适合于需要有限包装空间的便携式设备和电动汽车。此外，硒（Se）的电子导电性（1 × 10⁻⁵ S cm⁻¹）远高于硫（S）（5 × 10⁻³⁰ S cm⁻¹），这是加速反应动力学和提高活性材料利用率的关键。目前，液体Li-Se电池的实际应用主要受到两个问题的阻碍：在醚基电解液中不可避免的多硒化物穿梭效应，类似于Li-S电池中的效应，以及由于有机电解液的易燃性和Li电解质界面处严重的寄生反应和枝晶生长而产生的潜在安全风险。开发使用无机固态电解质（SSE）的全固态Li-Se电池可能为这些障碍提供最终解决方案。尽管全固态Li-Se电池的可靠性和消除穿梭效应，但仍需克服关键挑战，包括由固体-固体接触不良引起的大界面阻抗、由于巨大的固态转换障碍而导致的缓慢的氧化还原动力学，以及与全固态Li-S电池类似的不明确的反应机制。一些先驱研究已经研究了几种可行的方法来缓解上述困难，包括结合各种导电碳、匹配新型固态电解质和制造SexSy固态溶液以提高容量。在全固态反应路径方面，早期工作通常假设Se和Li₂Se之间的一步反应，而最近提出了放电中间产物Li₂Se₆。尽管全固态Li-Se电池的研究越来越受到关注，但它仍处于起步阶段。缺乏有效的正极结构设计来增强界面Li⁺传输和反应动力学，以及对全固态Se转换过程的深入理解是必要的。    

近日，天津大学杨全红、杨春鹏团队提出将碘化锂（LiI）作为活性添加剂纳入Se复合正极中，以建立有效的Li⁺传输网络并促进Se/Li₂Se反应动力学。对于Li₂Se的氧化，LiI可以结合Li₂Se并减弱Li- Se相互作用，以促进Li₂Se的解离，从而表现出催化活性。当充电电位高于2 V（相对于Li⁺/Li-In）时，部分LiI也被氧化为I₂，这与短充电平台相关，从而相应地贡献了一些额外的容量。在放电过程中，生成的I₂首先被还原为LiI，然后LiI保持理想的催化活性以增强Li⁺传输和Se还原动力学。此外，LiI提高了Se正极的有效离子导电性，并显示出对Se成分的相对较强的吸附能力。因此，带有LiI正极添加剂的全固态Li-Se电池在室温下1C的电流密度下提供了862 mAh g_Se⁻¹的显著可逆容量，经过1800个循环后仍然保持。此外，基于LiI的电池在2C下2000个循环中展现出卓越的高倍率循环稳定性，并且在100个循环后3.2 mAh cm⁻²的高负载面积容量。这项工作展示了一种可行且引人注目的正极调节策略，以实现卓越的性能并推动高能量和高安全性Li-Se电池的发展。

该成果以“High-Capacity, Long-Life All-Solid-State Lithium–Selenium Batteries Enabled by Lithium Iodide Active Additive”为题发表在《Advanced Energy Materials》期刊，第一作者是Huilin Ge，单位是天津大学。