孙旭辉教授团队等合作发表， J. Power Sources观点：以氮化硼为保护层的非对称凝胶聚合物电解质的设计与开发

第一作者：李子轩

通讯作者：陈锡勇*，张浩*，孙旭辉*

单位：广西大学，苏州大学

凝胶聚合物电解质（GPEs）已成为锂金属电池中液体电解质极具前景的替代品。然而，其固有的力学性能不足及与锂金属界面的相容性较差，导致锂枝晶的生长，阻碍了其商业化应用。为解决这一问题，我们采用了一种简单的一步涂覆策略，制备了以h-BN为保护层的非对称凝胶聚合物电解质。该方法不仅增强了电解质的机械强度，还促进了稳定SEI膜的形成，组装的锂对称电池展示了卓越的长期稳定性。本文为提高固态电解质的机械强度和解决固态电解质与锂金属之间界面相容性问题提供了一条有效策略，有助于加速凝胶聚合物固态电解质的商业化应用。

近日，来自苏州大学的孙旭辉教授、张浩博士与广西大学的陈锡勇副研究员合作，在国际知名期刊J. Power Sources上发表题为“Robust Asymmetric Gel Polymer Electrolytes with 2D h-BN as Protective Layer for Highly Stable Solid-State Lithium Metal Batteries”的观点文章。该文章使用h-BN作为保护层制备非对称凝胶聚合物电解质的策略，帮助电池在循环过程中形成稳定的SEI层，提高了锂金属固态电池的长循环寿命。

该研究提出了一种具有二维六方氮化硼(h-BN)保护层的非对称凝胶聚合物电解质（HGPE）的制备方法。这种设计通过简单的一步涂覆策略制备，将h-BN作为保护层涂覆在聚合物电解质表面。与纯GPE相比，HGPE展示了显著增强的机械强度，从4.4 MPa提高到7.4 MPa，可以有效抑制锂枝晶的生长。此外，h-BN层通过阻止GPE与锂金属的直接接触，改善了界面相容性。

根据Arrhenius方程计算出GPE和HGPE的离子活化能分别为0.155 eV和0.167 eV，表明h-BN保护层的引入对电解质的离子电导率并没有产生显著影响。而且，h-BN的引入拓宽了电解质的电化学窗口，使其更适合于高能电池应用。更重要的是，电解质的锂离子迁移数(tLi⁺)得到显著提高，从纯GPE的0.53提升到0.87。总体而言，h-BN的引入不仅不会干扰锂离子的转移，而且有利于锂离子的均匀沉积。

文献详细探讨了h-BN保护层在固态锂金属电池中的工作机制。h-BN层不仅显著提高了电解质的机械强度，而且通过阻止电解质与锂金属的直接接触，改善了界面相容性。这种隔离效应使得锂离子的均匀沉积成为可能，同时有效抑制了锂枝晶的生长。实验结果表明，采用HGPE的对称Li|Li电池在0.1 mA cm^-2电流密度下可以稳定循环1600小时，远超过传统GPE的性能。

h-BN保护层不仅有助于机械强度的提升，还促进了稳定固体电解质界面(SEI)的形成。通过X射线光电子能谱(XPS)分析，文献发现采用HGPE的电池在SEI层中含有较高浓度的LiF和Li₃N，这些成分能够有效抑制电解质的分解和锂枝晶的形成，同时具有良好的锂离子导电性。这些特性使得采用HGPE的电池在长期循环过程中保持了低电压极化和稳定的电化学性能，进一步验证了h-BN层在提升电池性能和寿命方面的显著作用。

“Robust asymmetric gel polymer electrolytes with 2D h-BN as protective layer for highly stable solid-state lithium metal batteries“

孙旭辉教授简介：苏州大学纳米科学与技术学院教授、博士生导师；清华大学理学学士、硕士学位；香港城市大学材料学博士学位。一直致力于纳米半导体材料和纳米功能器件及其在电子信息、光电、传感器芯片及新能源方面的应用研究，以及同步辐射技术及其在纳米材料研究中的应用。现已在SCI收录国际期刊上发表论文250余篇，他引12000余次，H-index 60。撰写英文书(章节)5章。获得美国专利3项，PCT专利2项，申请中国专利90余项，已授权60余项。担任国际杂志IEEE Transaction on Nanotechnology副主编，Frontiers in Materials编委会委员，是国际电子电工学会高级会员、国际材料学会、国际X射线吸收谱学会会员，担任十四五国家重点研发计划“智能传感器”专项实施方案评审专家及总体组专家，国家同步辐射实验室用户委员会副主任、上海光源用户委员会专家委员、上海软X射线自由电子激光装置用户委员会委员，国家纳米标准委员会苏州工作组副组长、江苏省纳米技术标准化技术委员会副主任委员、国际标准IEC/SC59N/JWG4组成员、全国微机电标准化委员会委员，中国化工学会化工安全专业委员会委员，中国老年学和老年医学学会老年慢病规范诊疗分会常务委员。

承担了国家重大研究计划课题负责人2项，国家基金委重点项目、重大研究计划培育项目、面上项目负责人等多项，还参与了国家863重大项目、国家02专项等。

陈锡勇副研究员简介：广西大学资源环境与材料学院副研究员，硕士生导师。1998年获清华大学化学工程与工艺专业学士学位，2001年获得清华大学化学工程专业硕士学位，2007年获得美国华盛顿大学化学工程专业博士学位。2007-2013年间先后在美国E3 Energy Partners LLC和上海芬美意香料公司任研发工程师。2013年入职广西大学材料科学与工程学院，主要从事稀土掺杂有色金属基氧化物功能材料及相关复合材料研究。主持或完成国家自然科学基金1项、广西自然科学基金项目1项、广西教育厅科研项目1项、广西大学科研基金项目2项、广西研究生教育创新计划项目—学位与研究生教育改革课题1项，参与国家自然科学基金、广西创新驱动专项、广西科技重大专项、广西自然科学基金、企业横向项目多项。发表SCI学术论文50余篇。

李子轩 广西大学资源环境与材料学院硕士研究生。主要研究方向为聚合物固态电解质在锂金属固态电池中的应用。目前在J. Power Sources、Rare Metals、Nano Energy等期刊发表多篇文章。