中大王拴紧/沈培康Small：稳定锂金属电池分子间锂离子通道均匀的有机-无机杂化聚合物固体电解质的界面构筑

锂(Li)金属以其优异的理论容量和较低的电化学电位被普遍认为是下一代电池最有前景的负极。然而，不稳定的固体电解质界面(SEI)和无法控制的枝晶生长导致了锂金属负极的可逆性差，制约了锂金属负极的实际应用。

近日，中山大学王拴紧（通讯作者）和沈培康（通讯作者）等人设计了一种在分子水平上具有均匀锂离子通道的新型有机-无机杂化聚合物人工SEI(POSS-LiBMAB)膜来稳定锂金属负极。含8-巯丙基的无机多面体低聚倍半硅氧烷(POSS-SH)与双烯丙基丙二酸硼酸锂(LiBMAB)在Li箔上发生硫醇-烯“点击化学”反应，形成SEI层。

a)POSS-SH，b)LiBMAB，c)POSS-LiBMAB-Li合成工艺示意图

另外，POSS-LiBMAB薄膜可以通过分子间S-C键进行交联和自增强。有机-无机杂化聚合物层具有柔性的聚合物共价结构和贵重的无机Si₈O₁₆型立方体，具有很好的柔韧性，可以有效地承受锂金属负极在电镀/剥离循环过程中的体积变化。

此外，Li⁺与电荷离域的sp³硼氧阴离子之间存在松散均匀的静电相互作用，这有助于形成均匀的分子间Li⁺路径，调节Li⁺通量在Li负极上的均匀分布。

a)¹H NMR，b)¹³C NMR，c)²⁹Si NMR，d)POSS-SH的MALDI-TOF质谱。e)将实测的同位素分布与模拟的同位素分布进行比较。f)POSS-SH晶体的数码照片。g)POSS-SH晶体的单晶X射线分子结构。h)POSS-SH的分子堆积。

最后，所设计的POSS-LiBMAB层具有较高的离子电导率和锂离子迁移数，能够有效地促进Li⁺的扩散，引导Li在SEI层下沉积。因此，在POSS-LiBMAB保护层的保护下，锂金属负极在5 mA cm^-2下循环1000 h以上，而且锂离子电池也表现出优异的循环稳定性。

a)POSS-SH和POSS-LiBMAB薄膜的FTIR光谱。b)POSS-LiBMAB胶片的数码照片。c)POSSLiBMAB膜的线性扫描伏安法。d)LFP//POSS-LiBMAB-Li电池的CV曲线。

Interphase Building of Organic–Inorganic Hybrid Polymer Solid Electrolyte with Uniform Intermolecular Li⁺ Path for Stable Lithium Metal Batteries(Small, 2021, DOI: 10.1002/smll.202102454)