全固態(tài)電池是下一代儲(chǔ)能技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)。聚合物電解質(zhì)以其輕質(zhì)、高柔性和良好的加工性等優(yōu)點(diǎn)，在高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高安全性的固態(tài)鋰金屬電池領(lǐng)域有著巨大潛力，但目前其受到極性聚合物鏈主導(dǎo)的鋰離子溶劑化結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致電解質(zhì) / 電極界面不穩(wěn)定，惡化的電池性能。因此，迫切需要為固態(tài)聚合物鋰電池量身定制一款高性能的電解質(zhì)。
 

　　清華大學(xué)化工系劉凱團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一類不對(duì)稱鋰鹽：選擇性氟化芳香型鋰鹽，用于調(diào)節(jié)聚合物電解質(zhì)中的溶劑化結(jié)構(gòu)和界面化學(xué)行為。通過(guò)改造陰離子的結(jié)構(gòu)，減弱鋰離子與聚合物鏈的耦合，增強(qiáng)鋰離子與陰離子的配位。同時(shí)陰離子與聚合物之間的氫鍵促使形成了一種“三聯(lián)體”溶劑化結(jié)構(gòu)，提高了電解質(zhì)的均勻性和機(jī)械強(qiáng)度，誘導(dǎo)生成了富含Li2O的超薄界面層。該分子工程策略有望促進(jìn)高性能全固態(tài)鋰金屬電池的進(jìn)一步發(fā)展。
 

圖1 選擇性氟化鋰鹽的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和聚合物電解質(zhì)的基本性質(zhì)
 

圖2 選擇性氟化鋰鹽的溶劑化結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢(shì)總結(jié)
 

　　應(yīng)用選擇性氟化鋰鹽的磷酸鐵鋰全固態(tài)鋰金屬電池在1650圈循環(huán)過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，庫(kù)倫效率為99.8%，使用高載量正極和薄鋰組成的固態(tài)全電池實(shí)現(xiàn)了580圈循環(huán)的創(chuàng)紀(jì)錄壽命，容量保持率為97.4%。這項(xiàng)工作為下一代固態(tài)電池的電解質(zhì)設(shè)計(jì)提供了新的見(jiàn)解。
 

　　相關(guān)成果于1月31日以“選擇性氟代芳香鋰鹽用于全固態(tài)電池的溶劑化結(jié)構(gòu)和界面化學(xué)調(diào)控”(Selectively fluorinated aromatic lithium salts regulate the solvation structure and interfacial chemistry for all-solid-state batteries)為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)上。
 

　　論文第一作者為清華大學(xué)化工系2020級(jí)博士生閆帥帥，通訊作者為清華大學(xué)化工系劉凱副教授。該研究工作得到了北京市自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。