聚偏氟乙烯（PVDF）電解質(zhì)由于其高離子導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，在固態(tài)鋰電池中引起了越來(lái)越多的關(guān)注，但高反應(yīng)性的殘留溶劑嚴(yán)重影響了循環(huán)穩(wěn)定性。

在此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)王家鈞、婁帥鋒等人基于增強(qiáng)的離子偶極相互作用提出了一種自由溶劑捕獲策略，以提高殘余溶劑的（電）化學(xué)穩(wěn)定性和界面兼容性。研究發(fā)現(xiàn)，二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)對(duì)溶劑化環(huán)境的調(diào)控起到關(guān)鍵作用，能夠誘導(dǎo)形成更多的溶劑結(jié)合位點(diǎn)，以將其封裝到穩(wěn)定的溶劑化結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)的高離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性。

此外，四氟硼酸鋰(LiBF₄)的引入促使富含陰離子溶劑化構(gòu)型的形成，從而使得陰離子在界面優(yōu)先分解形成穩(wěn)定的保護(hù)層，有效抑制了電解質(zhì)和電極之間的副反應(yīng)。設(shè)計(jì)的復(fù)合電解質(zhì)PLLDB在室溫下的離子電導(dǎo)率高達(dá)2.15×10^?3 S cm^?1。Li|PLLDB|LiFePO₄ (LFP)固態(tài)電池在5C下循環(huán)2000次容量保持率為80%，庫(kù)倫效率為99.9%。

圖1. 電池性能

總之，該工作提出了一種可行的策略將游離殘余溶劑轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。在分子和電子水平上揭示了添加劑LiDFOB在調(diào)節(jié)溶劑化環(huán)境中的作用，具有吸電子效應(yīng)的LiDFOB的引入能夠增強(qiáng)殘余溶劑和鋰離子之間的親和力，促進(jìn)自由溶劑在陰離子為主的溶劑化結(jié)構(gòu)中參與競(jìng)爭(zhēng)性配位，改變電解質(zhì)的分解路線以形成陰離子衍生的有機(jī)-無(wú)機(jī)雙層界面保護(hù)層，有效提升界面動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池在高倍率條件下的長(zhǎng)期運(yùn)行。

因此，該項(xiàng)工作不僅強(qiáng)調(diào)了優(yōu)化溶劑化環(huán)境對(duì)于實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定長(zhǎng)循環(huán)固態(tài)電池的重要作用，而且為電解質(zhì)調(diào)控界面行為的設(shè)計(jì)提供了一些新思路。

圖2. 熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)示意圖

Ion–Dipole-Interaction-Induced Encapsulation of Free Residual Solvent for Long-Cycle Solid-State Lithium Metal Batteries, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c07482