华南农业大学梁业如教授，CEJ：共价柔性电极/电解质界面的构建实现稳定的柔性固态锂电池

第一作者：邹俊龙，王琳琳

通讯作者：梁业如*

单位：华南农业大学

随着可穿戴电子设备的快速发展，柔性固态锂电池（FSSLBs）因其优异的能量密度和安全性，逐渐成为研究热点。然而，与传统液态电解质电池相比，FSSLBs的电化学性能仍存在不足，主要表现在固态电解质（SEs）的离子电导率较差（通常小于10⁻⁴ S cm⁻¹）以及电极与电解质之间有限的界面接触。值得注意的是，固-固界面接触导致了高的界面电阻，进而影响电池的性能和稳定性。为了解决这些问题，研究者提出了多种改善界面接触的方法，如复合电极/电解质框架、聚合物缓冲层等，这些方法在一定程度上提高了界面稳定性。然而，电极与SEs之间的物理非共价相互作用容易形成失效界面，尤其在弯曲或折叠过程中，电极不可避免从电解质中脱落，影响电池的循环性能。因此，迫切需要开发新的技术来进一步提升界面性能，推动FSSLBs的商业化应用。

近日，来自华南农业大学的梁业如教授，在Chemical Engineering Journal期刊上发表题为“Construction of Covalent Electrode/Solid Electrolyte Interface for Stable Flexible Solid-State Lithium Batteries”的文章。该文章提出了共价柔性电极/SE界面的构建，实现了FSSLBs低的界面电阻和强的电化学/机械稳定性。

作者利用反应性柔性正极（即具有C=C官能团的热塑性聚氨酯/LiFePO4复合电极，R-TFCC）和反应性柔性SE（即具有C=C末端键的热塑性聚氨酯/聚（乙二醇）-二丙烯酸酯复合电解质，TECE）之间的自由基引发反应，构建了共价柔性正极/固态电解质界面。通过FTIR等表征技术证明了C=C官能团的成功接枝，以及R-TFCC/TECE界面处稳定共价链的形成。同时，通过SEM和剥离测试等手段证实了R-TFCC均匀粘附在TECE上，没有明显的界面空隙，增加了界面的有效接触面积。

为了量化共价键合对柔性正极/SE界面改善的影响，作者通过不同条件下的EIS测试对有无共价键合的正极/SE界面的阻抗变化进行了分析。研究表明，柔性电极/SE界面上的共价键显著降低了界面电阻，同时赋予了FSSLBs良好的柔韧性和抗疲劳性能。这可以由柔性软包对称电池不同弯曲次数的阻抗变化、原位EIS和GITT等实验结果得以证明。结果发现，共价键合增加了界面接触面积，使锂离子能够有效地输运，并显著降低了界面阻力。

此外，作者还探讨了通过目标导向的界面反应构建共价电极/SE界面在降低界面阻抗方面的普适性。例如，作者利用反应性柔性正极（即具有环氧官能团的热塑性聚氨酯/LiFePO4复合电极，R-TFCC）和反应性柔性SE（即具有-NH2末端键的热塑性聚氨酯/聚（丙烯酰胺）/聚（乙二醇）-二丙烯酸酯复合电解质，TAECE）之间的开环反应，构建了共价柔性正极/SE界面。通过SEM证实了R-TFCC均匀粘附在TAECE上，没有明显的界面空隙，增加了界面的有效接触面积，进而降低界面阻抗。这些发现证实了共价键合策略在降低FSSLB界面阻抗方面的普适性和有效性。

作者提出的增强柔性电极/SE界面相互作用力为锂离子传输提供了快速通道，为增强FSSLB电化学和机械稳定性提供了可能。例如，具有共价键合界面的FSSLB在0.1 C、弯曲180°的条件下，循环超过145圈后，保持了高比容量（137 mAh g^-1）和库仑效率（94%）。此外，这些电池在弯曲和扭转等条件下表现出优异的稳定性和安全性，证明了它们的应用潜力。

总之，这项工作引入了一种有效的方法来构建共价键合的柔性电极/SE界面，对提高FSSLB的性能具有明显作用。柔性电极和SE之间的相互作用的增强，有效增加了界面接触面积，进而降低了界面电阻并提高了电化学/机械稳定，由此赋予FSSLB显著的柔韧性和机械稳定性。因此，这种界面工程方法使FSSLB即使在极端弯曲条件下也表现出良好的电化学性能。该文章提出的共价键合柔性电极/电解质界面策略为解决FSSLB中的界面挑战提供了启发性见解和高效解决方法，有望扩展到其他柔性固态电池中。

Construction of Covalent Electrode/Solid Electrolyte Interface for Stable Flexible Solid-State Lithium Batteries

梁业如教授简介：现任华南农业大学材料与能源学院 教授，博士生导师。广东省自然科学基金杰出青年基金获得者，广东省青年珠江学者，“广东特支计划”科技创新青年拔尖人才。主要从事功能高分子及其炭材料研究，在Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition、Energy & Environmental Science、Advanced Functional Materials、Energy Storage Materials和ACS Nano等期刊发表第一/通讯作者论文78篇。SCI总引8500余次，H因子51。申请和授权发明专利16件，实用新型1件。主持国家自然科学基金项目、广东省自然科学基金项目等课题。担任《炭素技术》、《Rare Metals》、《离子交换与吸附》等期刊青年编委，《新型炭材料》特约审稿专家。