固態(tài)電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極的組合被認(rèn)為是下一代能源儲(chǔ)存技術(shù)。然而，固態(tài)電解質(zhì)的離子傳輸速度緩慢以及與鋰金屬負(fù)極的不穩(wěn)定性阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

圖1. 材料設(shè)計(jì)及表征

華中科技大學(xué)黃云輝、許恒輝等在纖維素膜上引入了均勻分散的固體酸硼氧化物，然后摻入PVDF/LiDFOB/丁二腈（SN）聚合物電解質(zhì)，獲得了一種混合固態(tài)電解質(zhì)（纖維素/B2O3基電解質(zhì)）。研究顯示，來(lái)自硼氧化物的過(guò)量電子可調(diào)節(jié)電解質(zhì)的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)，促進(jìn)DFOB-分解，從而在鋰/電解質(zhì)界面形成富含Li2CO3/LiF的異質(zhì)結(jié)構(gòu)SEI層。 此外，硼氧化物（路易斯酸位點(diǎn)）和DFOB-陰離子（具有給電子特性）之間的分子間相互作用促進(jìn)了Li+的擴(kuò)散，使鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)從纖維素基電解質(zhì)的0.34提高到纖維素/B2O3基電解質(zhì)的0.75。

圖2. 對(duì)稱(chēng)電池性能

因此，纖維素/B2O3基電解質(zhì)與LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM622）配對(duì)后，在200次循環(huán)后的比容量為155 mAh g-1，容量保持率為92%。此外，這種電解質(zhì)與高負(fù)載量的NCM正極（10 mg cm-2）在軟包電池中搭配使用，可在50次循環(huán)中穩(wěn)定運(yùn)行，容量保持率超過(guò)90%。 這項(xiàng)工作提供了一種通過(guò)調(diào)節(jié)SEI層成分來(lái)提高界面穩(wěn)定性的有效策略，從而在沉積/剝離過(guò)程中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰沉積行為。

圖3. 全電池性能

Inorganic-Rich Interphase Induced by Boric Oxide Solid Acid toward Long Cyclic Solid-State Lithium-Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307677