準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)（QSSEs）的原位聚合正在成為開發(fā)可擴(kuò)展、安全和高性能準(zhǔn)固態(tài)鋰金屬電池的一種前景廣闊的方法。在這種情況下，聚DOL基電解質(zhì)由于其寬的電化學(xué)窗口和與鋰金屬的強(qiáng)兼容性而極具吸引力。此外，為了增強(qiáng)鋰金屬的穩(wěn)定性，通常會(huì)添加LiNO₃，因?yàn)樗稍阡嚱饘儇?fù)極的表面產(chǎn)生富含Li₃N的有效固體電解質(zhì)界面。然而，LiNO₃會(huì)阻止DOL的開環(huán)聚合，使這兩種化合物不相容。

圖1 TEGDN的設(shè)計(jì)

香港科技大學(xué)Francesco Ciucci等開發(fā)了一種新型硝酸鹽基添加劑–二硝酸三乙二醇酯（TEGDN）來(lái)替代LiNO₃，以解決上述問題。研究顯示，與LiNO₃類似，TEGDN也能在鋰表面形成致密、富含Li₃N的固體電解質(zhì)節(jié)目，從而保護(hù)鋰免受寄生反應(yīng)的影響。然而，與LiNO₃不同的是，TEGDN不會(huì)干擾DOL的聚合，因此可以制備出高效的電解質(zhì)，所得電解質(zhì)在室溫下離子電導(dǎo)率為2.87 mS cm^-1，氧化穩(wěn)定性電位為4.28 V。

圖2 半電池性能及SEI分析

此外，與不含TEGDN的QSSE電池相比，含TEGDN的QSSE電池的容量和庫(kù)侖效率都有所提高。例如，Li|TEGDN-QSSE|LiFePO₄紐扣電池在1C下可穩(wěn)定循環(huán)超過2000次，而不含TEGDN的QSSE電池只能穩(wěn)定循環(huán)800次。另外，采用TEGDN-QSSE的1.7 Ah軟包鋰硫電池的初始比能量為304 W h kg^-1，在循環(huán)50次后仍能達(dá)到79.9%的高容量保持率，超過了之前報(bào)道的絕大多數(shù)軟包鋰硫電池。

總之，該研究首次提出了一種新的添加劑來(lái)解決聚DOL與LiNO₃不兼容的問題，并通過形成富含Li₃N的固態(tài)電解質(zhì)界面，開發(fā)出了原位聚合準(zhǔn)固態(tài)電池，該電池具有顯著的容量和穩(wěn)定性。

圖3 全電池性能

Towards durable practical lithium–metal batteries: advancing the feasibility of poly-DOL-based quasi-solid-state electrolytes via a novel nitrate-based additive. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee02020g