當(dāng)前位置：
基于聚合物電解質(zhì)的固態(tài)鋰金屬電池因其高能量密度和高安全性而備受關(guān)注，然而，聚合物電解質(zhì)與高還原性鋰金屬間的副反應(yīng)所形成的不穩(wěn)定SEI不利于電池的循環(huán)穩(wěn)定性，進(jìn)而限制了聚合物電解質(zhì)的發(fā)展。因此，在基于聚合物電解質(zhì)的固態(tài)電池中構(gòu)筑高穩(wěn)定SEI，實(shí)現(xiàn)高能量密度、高安全性能和長(zhǎng)循環(huán)壽命的固態(tài)電池已成為當(dāng)下需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
在此，武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)、徐林等人合成了一種含鈣空位的超細(xì)納米線，將其與聚合物電解質(zhì)復(fù)合構(gòu)筑一種新型的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。
研究證明，在TFSI-的電化學(xué)還原分解過(guò)程中，鈣空位(VCa)附近的未配對(duì)電子向TFSI-陰離子轉(zhuǎn)移，促進(jìn)了S-N和C-F鍵的斷裂，從而增強(qiáng)了其分解動(dòng)力學(xué)，促進(jìn)富無(wú)機(jī)SEI的形成。由TFSI-衍生的富無(wú)機(jī)SEI具有超穩(wěn)定性，在動(dòng)力學(xué)上有利于Li離子的快速均勻輸運(yùn)，從而阻礙了鋰枝晶生長(zhǎng)。因此，該界面催化策略實(shí)現(xiàn)了Li| Li對(duì)稱電池、LFP| Li和NCM811| Li全電池的穩(wěn)定循環(huán)。
圖1. SEI的組成和結(jié)構(gòu)表征
總之，該工作設(shè)計(jì)了一種含鈣空位的超細(xì)納米線，將其引入聚合物基電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)鋰負(fù)極表面穩(wěn)定SEI的構(gòu)筑。研究發(fā)現(xiàn)，超細(xì)納米線表面鈣空位處的未配對(duì)電子遷移至TFSI-，促進(jìn)了TFSI-的還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，從而形成穩(wěn)定的富無(wú)機(jī)SEI。該SEI抑制了負(fù)極表面的副反應(yīng)，同時(shí)調(diào)控鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)，抑制鋰枝晶產(chǎn)生。
基于此，鋰鋰對(duì)稱電池可穩(wěn)定循環(huán)1700h以上，全電池及軟包電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，該界面催化策略為改善聚合物基電解質(zhì)與鋰負(fù)極間界面穩(wěn)定性提供了新思路。
圖2. 全電池性能
Interfacial Catalysis Strategy for High-Performance Solid-State Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202401829