​大连化物所AEM：高浓度聚合物电解质构建高可逆硅负极二维固体电解质界面

硅负极具有4200 mAh g⁻¹的高容量和0.3 V（相对于Li⁺/Li）的低电势，使锂离子电池能够提高能量密度。然而，在液体电解质中的Si颗粒上形成的厚3D固体电解质界面（SEI）消耗了电解质/活性Si，并阻断了Li⁺/e⁻的传输，导致容量快速衰减。

在此，中国科学院大连化物所李先锋，张洪章，杨小峰等人设计了一种高浓度聚合物电解质（HCPE）来代替颗粒在Si负极表面构建2D SEI，它适应了体积变化并保持了连续的Li⁺/e⁻传输路径。NO₃⁻的阻滞作用降低了1,3-二氧戊环（DOL）的聚合速率，使LiFSI能够溶解6 M。高浓度的LiFSI参与了溶剂化结构的构建，减少了DOL和聚DOL（PDOL）的分解，并诱导产生具有高机械强度和快速Li⁺传输能力的富含LiF和Li₃N的SEI。

因此，使用HCPE的电池在2C下提供1765 mAh g⁻¹的高容量，并在0.2C下循环100次后保持2000 mAh g^–1的高电容，这优于液体电解质（617 mAh g^‑1）和低浓度聚合物电解质（45 mAh g^‐1）。

图1. DM模拟

总之，该工作通过使用 LiNO₃ 添加剂延迟 DOL 的开环聚合，开发了 HCPE。NO与微量水产生的H⁺表现出强烈的相互作用，抑制了质子酸的生成和DOL的开环聚合，导致LiFSI浓度增加至6 M。

此外，由于HCPE的低流动性，在Si负极表面生成2D SEI而不是Si颗粒。减轻了电解质与Si颗粒之间的副反应，并维持了Si负极中连续的Li⁺/e^–传输，使组装的电池具有改善的电化学性能。

用HCPE组装的电池0.2C下100次循环后仍具有2000 mAh g^-1的高容量，远高于液体电解质（617 mAh g^‑1）和低浓度聚合物电解质（45 mAh g^‐1）。因此，该种简便实用的策略为硅负极在先进锂电池中的应用提供了新的视角。

图2. 电池性能

2D Solid-Electrolyte Interphase Built by High-Concentration Polymer Electrolyte for Highly Reversible Silicon Anodes，Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303189