硅負(fù)極具有4200 mAh g^?1的高容量和0.3 V（相對于Li⁺/Li）的低電勢，使鋰離子電池能夠提高能量密度。然而，在液體電解質(zhì)中的Si顆粒上形成的厚3D固體電解質(zhì)界面（SEI）消耗了電解質(zhì)/活性Si，并阻斷了Li⁺/e^?的傳輸，導(dǎo)致容量快速衰減。

在此，中國科學(xué)院大連化物所李先鋒，張洪章，楊小峰等人設(shè)計了一種高濃度聚合物電解質(zhì)（HCPE）來代替顆粒在Si負(fù)極表面構(gòu)建2D SEI，它適應(yīng)了體積變化并保持了連續(xù)的Li⁺/e^?傳輸路徑。NO₃^?的阻滯作用降低了1,3-二氧戊環(huán)（DOL）的聚合速率，使LiFSI能夠溶解6 M。高濃度的LiFSI參與了溶劑化結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，減少了DOL和聚DOL（PDOL）的分解，并誘導(dǎo)產(chǎn)生具有高機(jī)械強(qiáng)度和快速Li⁺傳輸能力的富含LiF和Li₃N的SEI。

因此，使用HCPE的電池在2C下提供1765 mAh g^?1的高容量，并在0.2C下循環(huán)100次后保持2000 mAh g^–1的高電容，這優(yōu)于液體電解質(zhì)（617 mAh g^?1）和低濃度聚合物電解質(zhì)（45 mAh g^‐1）。

圖1. DM模擬

總之，該工作通過使用 LiNO₃ 添加劑延遲 DOL 的開環(huán)聚合，開發(fā)了 HCPE。NO與微量水產(chǎn)生的H⁺表現(xiàn)出強(qiáng)烈的相互作用，抑制了質(zhì)子酸的生成和DOL的開環(huán)聚合，導(dǎo)致LiFSI濃度增加至6 M。

此外，由于HCPE的低流動性，在Si負(fù)極表面生成2D SEI而不是Si顆粒。減輕了電解質(zhì)與Si顆粒之間的副反應(yīng)，并維持了Si負(fù)極中連續(xù)的Li⁺/e^–傳輸，使組裝的電池具有改善的電化學(xué)性能。

用HCPE組裝的電池0.2C下100次循環(huán)后仍具有2000 mAh g^-1的高容量，遠(yuǎn)高于液體電解質(zhì)（617 mAh g^?1）和低濃度聚合物電解質(zhì)（45 mAh g^‐1）。因此，該種簡便實用的策略為硅負(fù)極在先進(jìn)鋰電池中的應(yīng)用提供了新的視角。

圖2. 電池性能

2D Solid-Electrolyte Interphase Built by High-Concentration Polymer Electrolyte for Highly Reversible Silicon Anodes，Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303189