华南理工刘军Adv. Sci.: 原位构建稳定保护层实现超长寿命固态锂电池

固态锂金属电池（SLMB）由于其增强的安全性和高理论能量密度而引起了极大的关注。然而，具有高还原性的碱金属锂会与固态电解质发生反应，导致循环寿命较差。

在此，华南理工大学刘军教授等人受界面设计思想的启发，选择1-丁基-1-甲基吡咯烷双（三氟甲磺酰）亚胺作为引发剂，在聚合物电解质（SPE）中原位构建了人工保护层以实现固态锂金属电池的长期稳定性。作者选择基于酯的可生物降解聚（ε-己内酯）和聚己内酯二醇（PCL）作为固体电解质基底，主要是因为其具有可加工性、成本效益和优异的电化学能力。

此外，与PEO等聚合物基体相比，PCL具有适当的结晶度且在其分子链中具有更多的C=O和C-O-C官能团，可提供更有效的与锂盐的络合点并提高锂离子沿聚合物链的分布浓度。总之，这些优点提高了基于PCL的SPE的离子电导率。

图1. 人工SEI保护层形成过程的模拟

此外，飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）和非原位XPS有力地证明了稳定人工SEI保护层的产生。得益于稳定的人工保护层，SPE的还原反应明显减轻，同时有效抑制了锂枝晶生长。

该SEI保护层可确保Li/Li对称电池在4500小时内稳定电镀/剥离。更令人印象深刻的是，基于该SPE的LiFePO₄/Li固态电池在0.5C下能够实现长达1600次的稳定循环（容量保持率高达80%），并在1 C下1300次循环后保持超过84%的高容量保持率。对于实际应用，组装的LiFePO₄/Li软包电池也表现出可靠的安全性、实用的柔性和高放电容量。这项研究为SLMB的商业应用展示了巨大的可能性，并为制造长寿命SLMB铺平了道路。

图2. 实际应用的柔性软包ASLMB的电化学性能

In Situ Construction a Stable Protective Layer in Polymer Electrolyte for Ultralong Lifespan Solid-State Lithium Metal Batteries, Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202104277