谷猛/杨旭明AFM：低温透射电镜揭示稳定的聚合物基固态锂金属电池及其界面特征

固态锂金属电池（SSLMBs）由于其固有的安全性和高能量密度，是下一代储能系统中有前途的候选者。然而，它们仍然存在界面稳定性差的问题，这将导致高的界面电阻和短的循环寿命。

在此，南方科技大学谷猛教授、深圳大学杨旭明教授等人联合开发了一种基于聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）（PVDF-HFP）的新型聚合物电解质（PPE），并研究了Li和PPE之间的原子分辨率界面结构。通过对含有各种盐类和添加剂的PPE进行比较研究，选择了含有LiBF₄和PC增塑剂的PPE（PPE-BF）。

图1. Li||PPE-BF||Li、Li||PPE-BF||LFP的电化学性能

研究发现，含有PPE-BF的对称锂电池的CE值高达91.3%，并且可以在0.2 mA cm^-2的条件下稳定地循环1000小时以上，平均容量为0.2 mAh cm^-2。LFP电池具有出色的循环和速率性能：在0.3 C下循环100次后，容量保持率达到78.7%，在5 C下的可逆容量高达97.5 mAh g^-1。

此外，使用低温透射电子显微镜（Cryo-TEM）研究了界面特征，发现Li||PPE-TFSI SEI是无定形的，具有均匀分布的Li氧化物和碳酸盐，而Li||PPE-BF SEI则是双层结构——无定形的外层加上以Li₂O为主的结晶内层，这可以使Li⁺有效转移，有助于防止Li和PPE之间发生连续的副反应。

总得来说，这项工作不仅强调了改善界面兼容性对聚合物基固态电池的重要性，而且还证明了通过低温电镜技术获得金属锂和聚合物基电解质之间详细界面结构的可行性。往后Cryo-TEM将被更多地用于揭示固态电池的界面结构。

图2. Li||PPE-TFSI界面表征

A Stable Polymer-based Solid-State Lithium Metal Battery and its Interfacial Characteristics Revealed by Cryogenic Transmission Electron Microscopy， Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202212847