山大Nano Energy：多功能聚合物电解质助力高性能全固态锂金属电池

固态锂金属电池（SSLMB）由于其极高的锂金属负极容量以及固态电解质提供的高安全性，在未来的储能系统中极具前景。然而，在当前的聚合物 SSLMB 系统中，尖端效应促进的不均匀电场分布和不稳定的有机界面会导致负极中出现枝晶锂金属沉积和快速容量衰减。此外，制造超薄固体聚合物电解质仍然具有挑战性。

在此，山东大学陈皓、王建军、刘宏等人通过将 CsNO₃ 添加剂和市售的薄多孔隔膜主体结合到聚环氧乙烷固体电解质中，开发了一种集成的 6 微米薄聚合物固态电解质。XPS（X 射线光电子能谱）结果表明，NO₃^⁻阴离子有助于形成以无机 Li₂O、Li₃N 和 LiF 为主的有机界面相。此外，模拟结果表明Cs⁺ 的尖端静电屏蔽效应阳离子成功抑制了枝晶锂的生长。

基于此，锂金属沉积/剥离库仑效率（CE）显着提高，从90.1%提高到97.4%，锂沉积形态从枝晶转变为大晶粒。此外，固态Li||LFP全电池的循环稳定性从69次循环后的70%保留率提高到400次循环后的70.6%保留率。

图1. 电池性能

总之，该工作开发了一种三合一聚合物固态电解质并用于锂金属电池。研究显示，基于NO₃^–阴离子衍生的富含无机固体电解质界面以及COMSOL模拟证实的Cs⁺阳离子的尖端静电屏蔽效应，锂沉积/剥离CE显着提高，从78.1％提高到99％，并且循环周期固态锂金属全电池的寿命延长了 577%，此外，锂沉积均匀性从直径 4.0 μm 的锂枝晶大幅提高到 15.7 μm颗粒直径。因此，该工作不仅为稳定固态锂金属电池的设计原理提供基础理解，而且为多种固态锂金属电池的设计提供指导。

图2. 机制探究

An integrated ultrathin, tip-electrostatic-shielding and inorganic interphase-promoting polymeric electrolyte design for high-performance all-solid-state lithium metal batteries, Nano Energy 2024 DOI: 10.1016/j.nanoen.2024.110582

​山大Nano Energy：多功能聚合物电解质助力高性能全固态锂金属电池

相关推荐

山大Nano Energy：多功能聚合物电解质助力高性能全固态锂金属电池