研究背景

锂金属阳极被认为是下一代储能系统的理想候选者。尽管液态电解质的锂离子电池已经成功商业化，但在用于锂金属电池时存在诸多挑战，如电解质泄漏、枝晶形成和短路等。复合准固体电解质提供了可行的解决方案，其结合了无机固体电解质的优异离子导电性和有机准固态电解质出色界面相容性。

然而，无机固体电解质（LLZTO）和液体电解质之间复杂的相互作用，导致复合准固体电解质内部难以实现持久的界面稳定性，并且其中的溶剂化结构对LLZTO表面离子导电性的影响也需要进行研究。

研究亮点

近期，东华大学材料科学与工程学院&纤维材料改性国家重点实验室、中石化（上海）石油化工研究院有限公司、比亚迪电池事业群上海开发中心、、剑桥大学合作，采用本征酸性的4-氯苯磺酸（CBSA）在LLZTO表面构建自组装单分子层，用于抑制LLZTO表面的离子交换副反应，并提供额外的路易斯酸-碱作用位点，在原位聚合的复合准固态电解质内部建立了一个长期有利于锂离子传导的溶剂化结构。

研究要点

1.复合准固态电解质制备

将LLZTO分散在CBSA的异丙醇溶液中以构建自组装单分子层，随后将改性后的LLZTO-CBSA加入到液态电解质并加入聚合物单体（PEGDA）充分搅拌，最后加入引发剂（AIBN）并加热制备原位聚合的自组装单分子层改性复合准固态电解质。

2.锂离子溶剂化结构DFT计算

通过建立的锂离子溶剂化结构模型进行密度泛函理论（DFT）计算，表明CBSA的引入有效调整了锂离子溶剂化结构，验证了自组装单分子层对LLZTO表面锂离子传导的增强作用。

3.复合准固态电解质的电化学性能

采用弛豫时间分布技术对循环不同圈数后的锂对称电池内部不同界面的阻抗变化进行了系统分析，表明自组装单分子层优化了电池的固/液相界面和电解质/电极界面，所组装的纽扣电池与1Ah软包电池具有良好的循环稳定性。

小结

该工作通过在LLZTO表面构建自组装单分子层抑制了离子交换副反应的发生，同时提供额外的路易斯酸碱作用位点，优化了界面的稳定性，增强了锂离子导电性，从而在复合准固态电解质内部建立了长期有利于锂离子传导的溶剂化结构。

东华大学材料科学与工程学院博士生马文怡、中石化（上海）石油化工研究院有限公司工程师郭宇翔、剑桥大学工程系博士后孙健其为本文的共同第一作者，东华大学材料科学与工程学院王刚研究员、孙恒达研究员、胡祖明教授、比亚迪电池事业群上海开发中心黄立强博士为共同通讯作者，本项目得到了朱美芳院士的指导。该项目得到国家自然科学基金和上海市科学技术委员会的支持。