Природа высокой стабильности твердых литиевых электролитов: термодинамический анализ на основе первопринципных расчетов

Для изучения электрохимической стабильности твердых литиевых электролитов в полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторах были выполнены первопринципные расчеты. Установлено, что распространенные твердые электролиты имеют ограниченное электрохимическое окно. Полученные результаты показывают, что высокая стабильность твердых электролитов не является их внутренним термодинамическим свойством, а обусловлена кинетической стабилизацией. Низкая скорость реакций разложения приводит к возникновению высокого перенапряжения, благодаря чему во многих экспериментах наблюдается формально широкое электрохимическое окно. Продукты разложения, подобно межфазным слоям твердого электролита, снижают экстремальный химический потенциал электродов и защищают твердый электролит от дальнейшего разложения. С помощью первопринципных расчетов был раскрыт механизм пассивации, обеспечиваемой этими межфазными слоями продуктов разложения, и количественно оценено расширение электрохимического окна за счет межфазных слоев. Также установлено, что искусственные покрытия, наносимые на границы раздела твердого электролита и электродов, аналогичным образом пассивируют твердый электролит. Полученное понимание общих закономерностей создает основу для разработки твердых электролитов с повышенной стабильностью и инженерного проектирования границ раздела в полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторах.