李丽波教授， Advanced Functional Materials观点：多加一层，让锂离子摆脱混乱，延长固态全电池的寿命

多加一层，让锂离子摆脱混乱，延长固态全电池的寿命

第一作者：赵杨明悦

通讯作者：李丽波*

单位：哈尔滨理工大学

在新能源汽车产业飞速发展的今天，石墨（Gr）作为商用锂离子电池的主要负极材料，因其在锂离子插入/脱出方面的优异可逆性和丰富的可获得性而备受关注。本研究在Gr和聚合物电解质（PE）之间引入了一种多功能铁电Bi₁₂TiO₂₀@C（BIT@C）改性界面。BIT产生的均匀电场实现了锂离子的均匀插/脱层，有效防止了Gr负极结构被破坏。

近日，哈尔滨理工大学李丽波团队研究结果表明，Gr│BIT@C-双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）/二氧化硅（SiO2）/聚乙酰乙酸烯丙酯（PAAA）/聚偏氟乙烯-六氟丙烯（P(VDF-HFP)）/聚偏氟乙烯（PVDF）│磷酸铁锂（LFP）电池的初始放电比容量为120.4 mAh g^-1，在2 C和室温（RT）条件下循环1200次性能稳定，循环1200次后库仑效率保持在99.5%。铁电改性界面解决了与电极-电解质界面离子传输相关的难题。该成果以《Add an Extra Layer to Bring Lithium-Ions Out of Disorder for Longevity of the Solid Full Batteries》为题表在《Advanced Functional Materials》。第一作者是Zhao Yangmingyue。

图 1. a) 锂电池中各种改性界面的示意图。b) 锂离子的浓度曲线。c) BIT 改性界面的形变电子密度。d) BIT 改性界面中锂离子通道的电位切片和等值面。e) 紫外可见图谱显示的 BIT 和 BIT@C 的带隙。f) 在 0.1 mA cm^-2 的电流密度下，含有 PE 的电池在锂成核初期的电压-容量曲线。

要点一：引入铁电体

制备了具有铁电性质的BIT，并将其应用于聚合物电解质与Gr负极的界面层。电滞回线表明制备的BIT及改性层具有铁电体性质，铁电界面层可以根据外电场产生自发极化电场，不仅使界面处的电场和离子浓度分布均匀，而且起到增强界面兼容性、抑制界面副反应及析锂现象。

要点二：铁电体-界面改性

BIT@C界面改性层诱导锂离子在负极处的三维(3D)成核并向水平(2D)延伸生长，显著降低了电池的界面电阻、保持了SEI膜的稳定性、保护了Gr负极的结构完整性、界面离子的快速传导和室温下全电池的长期稳定循环。

要点三：铁电体-离子通道

利用铁电材料制备的界面改性层为均匀界面处的锂离子传输、构建界面离子通道和抑制界面副反应提供了有效的策略。通过在界面处引入自发旋转电场加速锂离子输运，弱化了空间电荷层，减小了极化。最终组装的Gr|BIT@C-LPAS|LFP电池在室温2 C下具有120.4 mAh g^-1的高初始放电比容量，并能够稳定循环1200次。

要点四：前瞻

在石墨负极和聚乙烯之间加入了铁电改性层（BIT@C），通过减少空间电荷层（SCL）的危害和促进界面锂离子的均匀快速传输，提高了室温下锂电池的循环稳定性。铁电界面的存在产生了反向极化的电场，从而有效地保持了石墨负极和PE之间界面的电场和离子浓度分布的一致性。简而言之，铁电材料有助于在固态全电池的固-固界面上打开锂离子通道，从而通过相反的极化电场实现锂离子的均匀插层性能，为构建均匀的离子通道和最大限度地减少界面上的不良副反应提供了一种有效的策略。

Add an Extra Layer to Bring Lithium-Ions Out of Disorder for Longevity of the Solid Full Batteries

https://doi.org/10.1002/adfm.202408379

李丽波教授简介：2006年毕业于哈尔滨工业大学应用化学专业，获得工学博士学位。现为哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院教授。多年来在锂离子电池关键材料及其集成技术、电化学理论及应用等方面开展了大量的研究工作。以通讯作者身份发表学术SCI论文40余篇（Advanced Functional Materials；Angewandte Chemie International Edition；ACS Energy Letters；Journal of Energy Chemistry；ACS Applied Materials & Interfaces等），出版著作2部，获得授权发明专利30余项。

赵杨明悦 哈尔滨理工大学博士研究生 主要从事锂离子电池聚合物电解质及界面改性的相关研究。

本课题组从事电池材料与工艺等方面的工作，在固态锂离子电池聚合物电解质、锂硫电池正极、固态锂硫电池电解质及太阳能电池领域具有较好的学科积累。目前研究兴趣包括：1)基于固态聚合物电解质的固态锂离子电池；2)固态锂硫电池聚合物电解质的高效应用；3)发展钙钛矿太阳能电池并提高光电转化效率。

招聘条件

（1）对电化学、电池的研究方向感兴趣，具有化学、材料等学科教育背景。

（2）为人正直踏实、有责任心、努力上进。

联系方式

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报考学科方向

招收硕士及博士研究生（硕士研究生有机会直博）

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