固態(tài)電池是未來高比能、高安全二次電池發(fā)展的重要方向，固態(tài)電解質(zhì)是全固態(tài)鋰電池的核心部分，因其具有不易燃的特性，降低了火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，提升了安全保障。 聚合物固態(tài)電解質(zhì)具有重量輕、靈活性強(qiáng)、加工性性好以及與電極接觸性好等特點(diǎn)，更貼近于實(shí)際應(yīng)用。然而，現(xiàn)階段固態(tài)聚合物電解質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用受到鋰離子遷移數(shù)小、離子電導(dǎo)率低和界面穩(wěn)定性差的阻礙，而這些現(xiàn)象很大程度上取決于其內(nèi)部微環(huán)境。引入功能性填料是解決這些問題的有效方法。 在這項(xiàng)工作中，基于密度泛函理論計(jì)算，證明了填料的陰離子空位可以錨定鋰鹽的陰離子，從而顯著增加鋰離子在電解質(zhì)中的遷移數(shù)?；诖?，在功能化碳點(diǎn)的調(diào)控下，制備了具有豐富硫空位的花狀二硫化錫復(fù)合材料并用于構(gòu)建復(fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)。 合成的二硫化錫/碳點(diǎn)復(fù)合材料呈現(xiàn)出三維花狀結(jié)構(gòu)，比表面積大，有效增加了其與聚合物的接觸面積。當(dāng)與PEO基固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合后，離子電導(dǎo)率和機(jī)械性能得到顯著提高。硫空位的存在有效固定了陰離子，使得復(fù)合電解質(zhì)的鋰離子遷移數(shù)達(dá)到了0.786，同時(shí)DFT計(jì)算結(jié)果顯示在富含硫空位的界面處鋰離子的擴(kuò)散勢(shì)壘降低，這優(yōu)化了電解質(zhì)內(nèi)部的微環(huán)境，并為鋰離子創(chuàng)建了快速擴(kuò)散通道。 此外，在循環(huán)過程中由復(fù)合材料原位產(chǎn)生的Li2S/Li3N界面層加速了鋰離子在界面的擴(kuò)散，并誘導(dǎo)了均勻的鋰沉積形態(tài)，從而有效地抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)。因此，使用該復(fù)合電解質(zhì)組裝的鋰對(duì)稱電池可以穩(wěn)定循環(huán)1300小時(shí)以上。以此構(gòu)建的鋰金屬全固態(tài)電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性和倍率性能。該工作利用碳點(diǎn)改性無機(jī)填料構(gòu)建功能材料的策略為復(fù)合電解質(zhì)的設(shè)計(jì)提供了新的思路。
論文信息 Optimizing the Microenvironment in Solid Polymer Electrolytes by Anion Vacancy Coupled with Carbon Dots Huaxin Liu, Yu Ye, Fangjun Zhu, Xue Zhong, Dingzhong Luo, Prof. Yi Zhang, Prof. Wentao Deng, Prof. Guoqiang Zou, Prof. Hongshuai Hou, Prof. Xiaobo Ji Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202409044 
