黄建宇教授团队在能源材料领域国际知名期刊Small上发表文章

近日，我院黄建宇教授团队在能源材料领域国际知名期刊Small上发表题为“固态电解质界面设计提高固态电池中氟化铁正极的高温循环性能”（Boosting the Cycle Performance of Iron Trifluoride Based Solid State Batteries at Elevated Temperatures by Engineering the Cathode Solid Electrolyte Interface）的研究论文。我院硕士研究生胡欢、博士研究生张雪冬、高振任为共同第一作者，黄俏副教授、黄建宇教授、吕蓬勃副教授为论文通讯作者，我校为论文的第一单位。

氟化铁（FeF₃）具有大幅度提升锂离子电池能量密度的前景，引起了广泛的研究兴趣。然而，由于其正极固体电解质界面（CEI）不稳定，循环过程中容易开裂，导致活性物质在液体电解质中溶解流失。此外，FeF₃对工况温度及其敏感，高温下的催化分解电解液严重。以上问题导致其电化学循环性能很差。黄建宇教授团队通过调控锂盐成分，将硼（B）元素成功掺入Fe₃O₄型CEI，构筑了稳定的CEI。基于此CEI设计的FeF₃正极循环寿命超过1000次，容量保持率高达70%。先进的电子显微镜与密度泛函理论计算（DFT）结果表明， CEI中B的掺入在不损失其刚度的前提下，提升了其机械韧性。这种改良的CEI（即文中所指的BOR-CEI）进一步增强了CEI对频繁体积变化的耐疲劳性。因此，基于FeF₃正极的电池实现了更长的循环寿命。

图一  BOR-CEI优化FeF₃正极电化学性能的原理

图二 FeF₃-C复合材料的制备过程

图三 新型电解质的制备方法及其性能

图四  复合材料的循环性能极其相关对比和分析

图五   循环后的正极关键界面分析

图六  DFT计算BOR-CEI的力学性能

论文信息

Boosting the Cycle Performance of Iron Trifluoride Based Solid State Batteries at Elevated Temperatures by Engineering the Cathode Solid Electrolyte Interface

Huan Hu, Xuedong Zhang, Zhenren Gao, Yong Su, Shuangxu Liu, Feixiang Wu, Xiaolei Ren, Xin He, Binghui Song, Pengbo Lyu,* Jianyu Huang,* and Qiao Huang*

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202307116