揭示“稀释屏蔽效应”作为复合聚合物电解质界面调控的通用策略

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Unveiling the Dilution-Shielding Effect as a Universal Strategy for Interfacial Regulation in Composite Polymer Electrolytes

复合固态电解质中PVDF-HFP与石榴石型陶瓷填料的界面副反应导致化学和电化学稳定性不足。引入高介电常数氟代碳酸乙烯酯（FEC）通过稀释屏蔽效应降低极性溶剂活性并隔离La位点，抑制PVDF-HFP脱氢氟化并促进LiF富集界面层，显著提升固态锂金属电池界面稳定性和循环寿命（对称电池>700小时，LiFePO4全电池1200+次90.2%容量保持）。

　　

摘要

将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）与石榴石型陶瓷填料结合而成的复合固体电解质在机械柔韧性和离子导电性方面取得了平衡，然而界面处的副反应却影响了其长期的化学和电化学稳定性。当石榴石填料中的镧（La）位点与极性溶剂发生配位时，PVDF-HFP会发生脱氟反应，从而产生碱性微环境，加速聚合物的降解。本文揭示了一种“稀释屏蔽效应”，这种效应为复合聚合物电解质（CPEs）的界面钝化提供了通用策略，并实现了Li⁺的均匀传输。具体而言，加入具有超高介电常数的氟乙烯碳酸酯（FEC）可以有效减弱强碱性配位溶剂的活性，并通过静电作用屏蔽La位点，从而有效防止碱性微环境的形成，减轻脱氟反应。这一简单策略同时促进了富含LiF的保护性界面的原位形成。全面的原位表征证实，经过FEC改性的CPE显著增强了界面钝化效果和Li⁺的传输稳定性。因此，Li|Li对称电池在0.1 mA cm^?2的电流密度下可稳定循环使用700小时以上；而LiFePO₄|Li全电池在1C电流下可循环1200次以上，容量保持率高达90.2%。这项工作确立了“稀释屏蔽效应”作为一种可推广的界面调控策略，为设计化学和电化学性质稳定的固态锂金属电池（ssLMBs）提供了新的见解。

图形摘要

FEC凭借其超高介电常数产生的稀释屏蔽效应，能够减弱碱性配位溶剂的活性并屏蔽La位点。这一效应抑制了PVDF-HFP的脱氟反应，促进了富含LiF的界面层的原位形成，显著提高了固态锂金属电池的界面稳定性和循环性能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据可在本文的补充信息中找到。