哈工大深圳：用于稳定锂阳极和构建阴极离子导电网络的分级复合固体电解质的研究
随着全球对可持续能源解决方案的需求日益增长，固态电池因其卓越的安全性和高能量密度而成为研究的热点。在传统的液态锂离子电池中，易燃的有机电解液是限制其进一步发展的关键因素之一。固态电池使用固态电解质替代液态电解液，不仅提高了安全性，还有望实现更高的能量密度和更长的循环寿命。然而，固态电解质与电极之间的界面稳定性和离子传输效率仍然是制约其性能的关键问题。特别是在固态电池中，锂金属阳极的稳定性和阴极材料的离子导电性是当前研究的重点。为了解决这些问题，科研人员一直在探索新型的固态电解质材料和优化电极/电解质界面的设计。
在这项研究中，研究团队通过构建层级复合固态电解质（H-CSEs），实现了对锂阳极的稳定和阴极离子传导网络的构建。这种新型电解质不仅能够在锂阳极侧构建稳定的多相固态电解质界面（SEI），还能调节固态电池内部的电场。通过XPS分析揭示了添加剂（包括氟乙烯碳酸酯（FEC）、二苯基（2,4,6-三甲基苯甲酰）磷酸氧化物（TPO）和SnF2）在形成富含LiF、Li3PO4和LixSn的SEI中的作用。同时，FEC和SnF2参与了富含LiF和Sn的阴极电解质界面（CEI）的形成。此外，有限元模拟证实了H-CSEs能够降低局部电场，调节离子传输通kaiyun中国官方网站量，并促进Li+在阳极平面上的优先沉积。这些结果协同增强了反应动力学。正如预期的那样，Li/H-CSEs/LiFePO4电池在1.0C下经过300个循环后显示出102 mAh g−1的比容量。Li/H-CSEs/S电池在0.2C下经过60个循环后容量为850 mAh g−1。
图6 (a-b) SEM形态和锂沉积行为，(c-d) 电场和Li+扩散行为模拟，以及(e) Cu电极在Li/PDFL/Cu电池中Li+平均浓度在水平位置方向的变化。
图7 (a) 固态电池阳极界面的层级电解质的机理，(b) 阴极界面的层级电解质的机理。
通过这项研究，我们可以看到H-CSEs在锂阳极和阴极材料之间实现了卓越的兼容性和稳定性。这种新型电解质的设计不仅提高了固态电池的电化学性能，还为锂金属电池的商业化进程带来了新的机遇。研究团队通过精确的材料选择和界面工程，成功地解决了锂阳极的稳定性问题，并优化了阴极的离子传输动力学。这些成果为未来固态电池的发展提供了重要的理论基础和实验数据，有望推动固态电池技术向更高能量密度、更安全和更长寿命的方向迈进。随着进一步的研究和优化，我们有理由相信，固态电池将成为未来能源存储领域的一颗璀璨明星。