万立骏院士JACS：精确构建用于高性能固态电池的配位辅助金属氧化物纳米膜

Nanoyu

2022-01-27

固态电解质（SSE）与电极（典型的锂金属负极）之间固有较差的界面接触对固态电池（SSBs）的应用提出了严峻挑战。构建人工中间纳米膜是解决这一挑战的有效策略，但其在很大程度上依赖于基于蒸气的技术，如原子层沉积，由于每个周期沉积单层，这些技术昂贵、耗能且耗时。

考虑到这些因素，近日，中科院化学研究所万立骏院士，Yan Qiao，曹安民研究员报道了探索了通过简单的液相合成来构建高精度功能性金属氧化物纳米薄膜的可能性。

文章要点

1）为了控制衬底表面反应，研究人员开发了一种配位辅助沉积(CAD)工艺，该工艺允许通过工业兼容工艺生产具有良好均匀性的无裂纹薄层。研究人员以Al₂O₃为例说明了该湿化学法生产良好的表面活性剂人工中间层的可行性。在异丙醇中，聚丙烯酸能够有效地与特定的金属阳离子配位，在溶胶−凝胶反应中Al³⁺代表Al₂O₃，并且由于其独特的分解途径，在随后的热处理过程中可以有效地调节Al₂O₃的生成。

2）该CAD工艺简单可靠，可以用廉价的原材料有效地制备出种类繁多的柔性金属氧化物纳米薄膜。MgO、Fe₂O₃、ZnO、TiO₂、SnO₂、ZrO₂、Nb₂O₅、HfO₂、CeO₂等氧化物纳米薄膜及其复合材料的制备精度可达单纳米级。

3）研究人员论证了这种新的合成工艺用于不同表面活性剂的精确表面修饰的可行性，这为解决SSBs中困扰这些材料的界面问题提供了一种简便而有力的工具。表面沉积了6 nm Al₂O₃的LLZT（LLZT-Al）立即改善了Li的润湿性，从而显著降低了界面比电阻。所开发的含LLZT-Al的全电池SSB在与两种商用正极LiFePO₄(LFP)和LiNi_0.83Co_0.07Mn_0.1O₂(NCM0.83)组合时，表现出高度的可逆容量和较长的循环寿命。

研究结果不仅突出了控制SSB中电极−电解质界面的重要性，而且展示了在避免昂贵的气相沉积过程的同时用湿化学方法解决这一问题的可行性。

参考文献

Sijie Guo, et al, Coordination-Assisted Precise Construction of Metal Oxide Nanofilms for High-Performance Solid-State Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c10872

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