金属卤化物钙钛矿大大提高锂电池的循环稳定性

记者14日从中国科技大学了解到，姚宏斌化学与材料学院课题组与其合作伙伴充分利用氯基金属卤化物钙钛矿的带隙宽、成膜性好、制备简单等优势，开发了基于金属卤化物钙钛矿的梯度锂导电层，实现了金属锂阴极与电解液的分离，大大提高了锂金属电池的循环稳定性。结果最近公布于《自然通讯》。

金属卤化物钙钛矿由于其可调的带隙、高的缺陷容限和简单的制备方法，成为近年来光电研究领域的热点材料。然而，对于与锂离子导体钛酸镧锂具有相似空间结构的金属卤化物钙钛矿材料的锂离子传导特性及其相关应用的研究很少。

研究人员发现，旋涂法制备的金属氯基钙钛矿具有含锂离子和传输锂离子的特性。锂离子可以插入金属卤化物钙钛矿的晶格中，并且可以在钙钛矿/基底界面上可逆地进行合金化/去合金化反应，从而在底部产生独特的钙钛矿-合金层梯度结构。这种独特的钙钛矿合金层梯度结构有利于锂离子在电极上的均匀沉积/去除。

此外，研究人员开发了一种方便的固相转移方法，将旋涂法制备的高质量氯基钙钛矿薄膜原位转移到锂箔表面，形成具有梯度结构的锂导电层，从而实现致密的锂金属沉积和去除，避免锂枝晶生长和锂金属电极粉化。最终的电化学循环试验表明，即使在严格的贫锂和有限电解质条件下，100次循环后容量仍保持在80%以上，而无保护层锂金属电池的容量在50次循环后降至40%。

该成果首次将金属卤化物钙钛矿材料应用于锂金属负极界面锂导电层，为新型固体电解质的设计和高性能锂金属电池的构建提供了更加可行的思路。