全固体状態バッテリーにおけるカソードの添加剤由来の表面修飾：拡散リン酸リチウムおよびリチウムジフルオロ（oxalato）ホウ酸塩由来コーティング層の効果

硫化物ベースの電解質は、導電率と形成性が高いため、高性能のオールソリッド状態バッテリー（ASSB）の構築を可能にします。ただし、カソード硫化物電解質界面の不安定性は、これらのASSBの商業化を制限します。コーティング技術を使用したカソードの表面修飾は、これらの界面を安定させるための効率的なアプローチとして調査されています。この研究では、添加剤リチウムジフルオロリン酸リチウム（LIDFP）およびリチウムジフルオロ（オキサラート）ホウ酸塩（LIDFOB）を使用して、熱処理を介して安定したカソードコーティングを製造します。LIDFPとLIDFOBの低い融点は、低温熱処理により薄く均一なコーティング層の形成を可能にします。LIDFPおよびLIDFOBでコーティングされたカソードを含む全固体状態細胞は、発生していないカソードを含むものよりも大幅に優れたパフォーマンスを示しています。準備されたすべてのコーティングされたカソードの中で、LIDFP（320°C）の位相移動温度よりもわずかに低い温度を使用して製造されたLIDFPコーティングされたカソードは、最適な放電能力、レート能力、および周期性能を示しています。さらに、LIDFPコーティングされたカソードを含む細胞は、著しく低いインピーダンスを示しました。X線光電子分光法と高解像度透過型電子顕微鏡は、LIDFPコーティングの有効性を確認します。LIDFPでコーティングされたカソードは、サイクリング中に副作用を最小限に抑え、カソード表面の劣化が著しく低くなります。したがって、この研究は、提案されたコーティング方法の効率と、ASSBの商業化を促進する可能性を強調しています。全体として、この研究は、これらの高度なエネルギー貯蔵デバイスの実際の実装を促進する可能性のある硫化物ベースのASSBSのカソード電解質界面を安定化するための効果的な手法を報告しています。

Sulfide-based electrolytes, with their high conductivity and formability, enable the construction of high-performance, all-solid-state batteries (ASSBs). However, the instability of the cathode-sulfide electrolyte interface limits the commercialization of these ASSBs. Surface modification of cathodes using the coating technique has been explored as an efficient approach to stabilize these interfaces. In this study, the additives lithium difluorophosphate (LiDFP) and lithium difluoro(oxalato)borate (LiDFOB) are used to fabricate stable cathode coatings via heat treatment. The low melting points of LiDFP and LiDFOB enable the formation of thin and uniform coating layers by a low-temperature heat treatment. All-solid-state cells containing LiDFP- and LiDFOB-coated cathodes show electrochemical performances significantly better than those comprising uncoated cathodes. Among all of the as-prepared coated cathodes, LiDFP-coated cathodes fabricated using a slightly lower temperature than the phase-transition temperature of LiDFP (320 °C) show the best discharge capacity, rate capability, and cyclic performance. Furthermore, cells comprising LiDFP-coated cathodes showed significantly low impedance. X-ray photoelectron spectroscopy and high-resolution transmission electron microscopy confirm the effectiveness of the LiDFP coating. LiDFP-coated cathodes minimized side-reactions during cycling, resulting in a significantly low cathode-surface degradation. Hence, this study highlights the efficiency of the proposed coating method and its potential to facilitate the commercialization of ASSBs. Overall, this study reports an effective technique to stabilize the cathode-electrolyte interface in sulfide-based ASSBs, which could expedite the practical implementation of these advanced energy-storage devices.