【原】萬立駿院士團隊JACS：配位輔助構建金屬氧化物納米膜用于高性能固態(tài)電池

崛步化學 2022-02-05

展開全文

通訊作者：曹安民；喬燕；萬立駿

通訊單位：中國科學院化學研究所

固態(tài)電池(SSBs)的應用面臨著固態(tài)電解質(SSE)與電極(通常是金屬鋰陽極)之間固有的不良界面接觸的挑戰(zhàn)。構建人工中間納米膜是解決這一障礙的有效方法，但它們的實現(xiàn)在很大程度上依賴于原子層沉積等以蒸汽為基礎的技術，由于每個周期沉積單層，這種技術昂貴、能源密集、耗時。

在此，中國科學院化學研究所曹安民,喬燕和萬立駿院士團隊探索了通過簡單的液相合成來建立高精度功能金屬氧化物納米膜的可能性。為了控制基材表面反應，開發(fā)了一種簡單和低成本的配位輔助沉積(CAD)工藝，通過工業(yè)兼容工藝，可以生產出均勻性良好的無裂紋薄層，用于設計納米級的SSBs中的陽極/固體電解質界面。

圖1.Al2O3納米膜的制備工藝及表征。

相關工作以“Coordination-Assisted Precise Construction of Metal Oxide Nanofilms for High-Performance Solid-State Batteries”為題發(fā)表在Journal of the American Chemical Society上。

圖2. 通過CAD方法合成的各種金屬氧化物納米膜的設計和表征。

要點1. 這種配位輔助沉積以聚丙烯酸作為功能聚合物來控制表面反應，調節(jié)金屬前驅體的分布和分解，可靠地形成一種均勻無裂紋、柔性的多種金屬氧化物納米膜。如，在異丙醇中，利用聚丙烯酸(PAA)在溶膠-凝膠反應中與指定的金屬陽離子Al3+(Al2O3)進行有效的配位，并利用其獨特的分解途徑有效地調控Al2O3在LLZT表面的形成。

要點2. 表面沉積6 nm Al2O3的LLZT (LLZT- Al)可立即改善Li的潤濕性，從而使界面面積比電阻顯著降低。當系統(tǒng)與LiFePO4 (LFP)和LiNi0.83Co0.07Mn0.1O2 (NCM0.83)兩種商用陰極配對時，LLZT-Al全電池單邊帶顯示出高的可逆容量和較長的循環(huán)壽命。

要點3. 該CAD工藝簡單可靠，可有效地利用廉價的原材料生產多種柔性金屬氧化物納米膜。如MgO、Fe2O3、ZnO、TiO2、SnO2、ZrO2、Nb2O5、HfO2、CeO2等氧化物納米膜及其復合材料的制備具有卓越的控制精度，可達到單納米精度。

這種新型合成工藝對不同的固態(tài)聚合物表面精確修飾的可行性，為解決這些材料在固態(tài)聚合物中所面臨的界面挑戰(zhàn)提供了一個簡單而強大的工具。本文強調的結果不僅表明了在SSBs中控制電極-電解質界面的關鍵重要性，而且還表明了在避免昂貴的氣相沉積過程的同時，用濕化學方法完成這一任務的可行性。