上海硅酸盐所开发出新型纳米复合结构氟基固态电解质‘LOL直播’

二次电池是现代和未来大规模智能电网、电动汽车和军用电源不可或缺的储能元件，当前的锂离子电池面对着能量密度无法符合电化学储能市场需求，以及有机电解液可燃和外泄导致不存在安全隐患等诸多问题。锂金属电池具备更高的能量密度，但面对着锂负极枝晶生长等问题。

固态锂金属电池由于能量密度和安全性的双重潜在优势，是下一代电化学储能体系的研究热点。作为关键组分的固态电解质的性能好坏相当大程度上要求了固态电池能否顺利运营。传统的氧化物和硫化物固态电解质面对着晶界电阻大、界面不易腐蚀、空气中不平稳以及电化学窗口较宽等问题，因此研发新型固态电解质的结构原型作为当前电解质体系的候选甚至替代者，具备急迫而最重要的意义。

氟系固态电解质具备电化学窗口长（理论预测）、空气稳定性好、阻燃性好、锂枝晶诱导潜力欠佳、机械加工性能好等优势，然而却面对着室温电导率偏高（室温下有10-6-10-7S/cm）、成熟期的制备方案缺少等问题。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员李驰麟率领的研究团队在氟基固态电解质方面获得进展，研发出有一种纳米填充结构的进框架富锂互为氟基固态电解质Li3GaF6，并构建了对固态电池的顺利驱动，涉及成果公开发表在国际能源/材料类期刊EnergyStorageMater.,2020,28,37-46.上。

该团队之前分析总结了卤化策略在固态电池和锂金属电池研究中的独有优势（EnergyStorageMater.,14,100-117,2018），针对SEI层中LiF体相导电亲率较低的问题，他们从离子液体中制备富锂相的冰晶石衍生物Li3AlF6（室温电导率低约~10-5S/cm）作为固态电解质添加剂，顺利提高了SEI层的组分，诱导了锂枝晶生长（ACSAppl.Mater.Interfaces,10,34322-34331,2018）。在此基础上，团队之后使用低温离子液体氟化的低能耗制备策略，顺利制取了纳米填充结构的丰锂氟化物固态电解质Li3GaF6，其特征展现出为结构内部具备开放性的离子通道，而且晶粒边界具备离子液体标记。

在电解质片中，离子液体被烧结成纳米絮状物，并作为原位粘合剂黏合周围的纳米粒子和整个电解质薄片，制止电解质片在电化学循环过程中的粉化和碎片（尤其在和电极的认识界面处）。归功于界面处离子输送的强化，优化的Li3GaF6构建了氟系液体电解质的离子电导率的最低记录（室温下相似10-4S/cm）。固态Li/Li3GaF6/LiFePO4电池在1C高倍率下可顺利运营最少150次循环。

这项研究为氟化固态电解质的结构解析、纳米调控以及界面改性等方面获取了最重要的科学素材，为固态电池的转录获取了新的思路。

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