鋰(Li)金屬以其優(yōu)異的理論容量和較低的電化學電位被普遍認為是下一代電池最有前景的負極。然而，不穩(wěn)定的固體電解質界面(SEI)和無法控制的枝晶生長導致了鋰金屬負極的可逆性差，制約了鋰金屬負極的實際應用。

近日，中山大學王拴緊（通訊作者）和沈培康（通訊作者）等人設計了一種在分子水平上具有均勻鋰離子通道的新型有機-無機雜化聚合物人工SEI(POSS-LiBMAB)膜來穩(wěn)定鋰金屬負極。含8-巰丙基的無機多面體低聚倍半硅氧烷(POSS-SH)與雙烯丙基丙二酸硼酸鋰(LiBMAB)在Li箔上發(fā)生硫醇-烯“點擊化學”反應，形成SEI層。

a)POSS-SH，b)LiBMAB，c)POSS-LiBMAB-Li合成工藝示意圖

另外，POSS-LiBMAB薄膜可以通過分子間S-C鍵進行交聯(lián)和自增強。有機-無機雜化聚合物層具有柔性的聚合物共價結構和貴重的無機Si₈O₁₆型立方體，具有很好的柔韌性，可以有效地承受鋰金屬負極在電鍍/剝離循環(huán)過程中的體積變化。

此外，Li⁺與電荷離域的sp³硼氧陰離子之間存在松散均勻的靜電相互作用，這有助于形成均勻的分子間Li⁺路徑，調節(jié)Li⁺通量在Li負極上的均勻分布。

a)¹H NMR，b)¹³C NMR，c)²⁹Si NMR，d)POSS-SH的MALDI-TOF質譜。e)將實測的同位素分布與模擬的同位素分布進行比較。f)POSS-SH晶體的數(shù)碼照片。g)POSS-SH晶體的單晶X射線分子結構。h)POSS-SH的分子堆積。

最后，所設計的POSS-LiBMAB層具有較高的離子電導率和鋰離子遷移數(shù)，能夠有效地促進Li⁺的擴散，引導Li在SEI層下沉積。因此，在POSS-LiBMAB保護層的保護下，鋰金屬負極在5 mA cm^-2下循環(huán)1000 h以上，而且鋰離子電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

a)POSS-SH和POSS-LiBMAB薄膜的FTIR光譜。b)POSS-LiBMAB膠片的數(shù)碼照片。c)POSSLiBMAB膜的線性掃描伏安法。d)LFP//POSS-LiBMAB-Li電池的CV曲線。

Interphase Building of Organic–Inorganic Hybrid Polymer Solid Electrolyte with Uniform Intermolecular Li⁺ Path for Stable Lithium Metal Batteries(Small, 2021, DOI: 10.1002/smll.202102454)