哈工大王家钧/娄帅锋JACS：封装游离溶剂实现高稳定长循环固态电池

聚偏氟乙烯（PVDF）电解质由于其高离子导电性和机械强度，在固态锂电池中引起了越来越多的关注，但高反应性的残留溶剂严重影响了循环稳定性。

在此，哈尔滨工业大学王家钧、娄帅锋等人基于增强的离子偶极相互作用提出了一种自由溶剂捕获策略，以提高残余溶剂的（电）化学稳定性和界面兼容性。研究发现，二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)对溶剂化环境的调控起到关键作用，能够诱导形成更多的溶剂结合位点，以将其封装到稳定的溶剂化结构中，实现电解质的高离子电导率和电化学稳定性。

此外，四氟硼酸锂(LiBF₄)的引入促使富含阴离子溶剂化构型的形成，从而使得阴离子在界面优先分解形成稳定的保护层，有效抑制了电解质和电极之间的副反应。设计的复合电解质PLLDB在室温下的离子电导率高达2.15×10⁻³ S cm⁻¹。Li|PLLDB|LiFePO₄ (LFP)固态电池在5C下循环2000次容量保持率为80%，库伦效率为99.9%。

图1. 电池性能

总之，该工作提出了一种可行的策略将游离残余溶剂转化为稳定的结构。在分子和电子水平上揭示了添加剂LiDFOB在调节溶剂化环境中的作用，具有吸电子效应的LiDFOB的引入能够增强残余溶剂和锂离子之间的亲和力，促进自由溶剂在阴离子为主的溶剂化结构中参与竞争性配位，改变电解质的分解路线以形成阴离子衍生的有机-无机双层界面保护层，有效提升界面动力学稳定性，实现固态电池在高倍率条件下的长期运行。

因此，该项工作不仅强调了优化溶剂化环境对于实现高稳定长循环固态电池的重要作用，而且为电解质调控界面行为的设计提供了一些新思路。

图2. 热力学和动力学稳定结构示意图

Ion–Dipole-Interaction-Induced Encapsulation of Free Residual Solvent for Long-Cycle Solid-State Lithium Metal Batteries, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c07482