卤化物固态电解质(SSEs)目前面临着两个关键挑战:对潮湿空气的稳定性差以及与锂金属负极的兼容性不佳。氟化物SSE因其优越的化学和电化学稳定性被认为有望解决这些问题,但目前它们受到室温离子电导率不足的困扰。
基于此,2025年3月11日,中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟等人在国际知名期刊Advanced Energy Materials发表题为《Humid-Air Stable and High-conductivity Fluoride Solid Electrolytes Induced by Liquid Metal Activation and Ga2O3 in situ Catalysis》的研究论文。
在此,报道了一种新型氟化物SSE,其主要成分为Li₃GaF₅.₃Cl₀.₇,通过液态金属镓的原位氧化和LiCl的原位氯化合成。
原位生成的Ga₂O₃不仅作为催化剂解决了固相合成的动力学迟滞问题,促进了LiF的解离,还作为软模板调控Li₃GaF₅.₃Cl₀.₇纳米颗粒的生长。
优化后的SSE在室温下展现出接近10⁻⁴ S cm⁻¹的离子电导率,并具有出色的耐湿性(暴露于相对湿度高达35%的环境中后,电导率未出现退化)。
为了改善负极与卤化物SSE之间的兼容性问题,引入了联苯配位的锂负极(BP-Li)。BP-Li对称电池在0.1 mA cm⁻²的条件下展现出超过1800小时的长寿命。循环过程的稳定化归因于BP芳香环中未成对电子离域所诱导的均匀电场。
Humid-Air Stable and High-conductivity Fluoride Solid Electrolytes Induced by Liquid Metal Activation and Ga2O3 in situ Catalysis, Advanced Energy Materials, 2025.https://doi.org/10.1002/aenm.202402997
