港科大EES：通过新型硝酸盐添加剂提高聚DOL基准固态电解质的可行性

准固态电解质（QSSEs）的原位聚合正在成为开发可扩展、安全和高性能准固态锂金属电池的一种前景广阔的方法。在这种情况下，聚DOL基电解质由于其宽的电化学窗口和与锂金属的强兼容性而极具吸引力。此外，为了增强锂金属的稳定性，通常会添加LiNO₃，因为它可在锂金属负极的表面产生富含Li₃N的有效固体电解质界面。然而，LiNO₃会阻止DOL的开环聚合，使这两种化合物不相容。

图1 TEGDN的设计

香港科技大学Francesco Ciucci等开发了一种新型硝酸盐基添加剂–二硝酸三乙二醇酯（TEGDN）来替代LiNO₃，以解决上述问题。研究显示，与LiNO₃类似，TEGDN也能在锂表面形成致密、富含Li₃N的固体电解质节目，从而保护锂免受寄生反应的影响。然而，与LiNO₃不同的是，TEGDN不会干扰DOL的聚合，因此可以制备出高效的电解质，所得电解质在室温下离子电导率为2.87 mS cm^-1，氧化稳定性电位为4.28 V。

图2 半电池性能及SEI分析

此外，与不含TEGDN的QSSE电池相比，含TEGDN的QSSE电池的容量和库仑效率都有所提高。例如，Li|TEGDN-QSSE|LiFePO₄纽扣电池在1C下可稳定循环超过2000次，而不含TEGDN的QSSE电池只能稳定循环800次。另外，采用TEGDN-QSSE的1.7 Ah软包锂硫电池的初始比能量为304 W h kg^-1，在循环50次后仍能达到79.9%的高容量保持率，超过了之前报道的绝大多数软包锂硫电池。

总之，该研究首次提出了一种新的添加剂来解决聚DOL与LiNO₃不兼容的问题，并通过形成富含Li₃N的固态电解质界面，开发出了原位聚合准固态电池，该电池具有显著的容量和稳定性。

图3 全电池性能

Towards durable practical lithium–metal batteries: advancing the feasibility of poly-DOL-based quasi-solid-state electrolytes via a novel nitrate-based additive. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee02020g