万立骏院士团队JACS：配位辅助构建金属氧化物纳米膜用于高性能固态电池

通讯作者：曹安民；乔燕；万立骏

通讯单位：中国科学院化学研究所

固态电池(SSBs)的应用面临着固态电解质(SSE)与电极(通常是金属锂阳极)之间固有的不良界面接触的挑战。构建人工中间纳米膜是解决这一障碍的有效方法，但它们的实现在很大程度上依赖于原子层沉积等以蒸汽为基础的技术，由于每个周期沉积单层，这种技术昂贵、能源密集、耗时。

在此，中国科学院化学研究所曹安民,乔燕和万立骏院士团队探索了通过简单的液相合成来建立高精度功能金属氧化物纳米膜的可能性。为了控制基材表面反应，开发了一种简单和低成本的配位辅助沉积(CAD)工艺，通过工业兼容工艺，可以生产出均匀性良好的无裂纹薄层，用于设计纳米级的SSBs中的阳极/固体电解质界面。

图1.Al2O3纳米膜的制备工艺及表征。

相关工作以“Coordination-Assisted Precise Construction of Metal Oxide Nanofilms for High-Performance Solid-State Batteries”为题发表在Journal of the American Chemical Society上。

图2. 通过CAD方法合成的各种金属氧化物纳米膜的设计和表征。

要点1. 这种配位辅助沉积以聚丙烯酸作为功能聚合物来控制表面反应，调节金属前驱体的分布和分解，可靠地形成一种均匀无裂纹、柔性的多种金属氧化物纳米膜。如，在异丙醇中，利用聚丙烯酸(PAA)在溶胶-凝胶反应中与指定的金属阳离子Al3+(Al2O3)进行有效的配位，并利用其独特的分解途径有效地调控Al2O3在LLZT表面的形成。

要点2. 表面沉积6 nm Al2O3的LLZT (LLZT- Al)可立即改善Li的润湿性，从而使界面面积比电阻显著降低。当系统与LiFePO4 (LFP)和LiNi0.83Co0.07Mn0.1O2 (NCM0.83)两种商用阴极配对时，LLZT-Al全电池单边带显示出高的可逆容量和较长的循环寿命。

要点3. 该CAD工艺简单可靠，可有效地利用廉价的原材料生产多种柔性金属氧化物纳米膜。如MgO、Fe2O3、ZnO、TiO2、SnO2、ZrO2、Nb2O5、HfO2、CeO2等氧化物纳米膜及其复合材料的制备具有卓越的控制精度，可达到单纳米精度。

这种新型合成工艺对不同的固态聚合物表面精确修饰的可行性，为解决这些材料在固态聚合物中所面临的界面挑战提供了一个简单而强大的工具。本文强调的结果不仅表明了在SSBs中控制电极-电解质界面的关键重要性，而且还表明了在避免昂贵的气相沉积过程的同时，用湿化学方法完成这一任务的可行性。

图3. AL2O3包覆LLZT (LLZT-Al)的表面及电化学表征。

图4. 25°C长期循环后锂对称电池循环和移位表征。

图5. 以LFP和NCM0.83为阴极，在25°C下对LLZT-Al电解质进行全电池测试。

链接：

https://doi.org/10.1021/jacs.1c10872