記者日前從西湖大學獲悉，該校工學院研究團隊首次揭示鋰電池電極界面層中的關鍵物質——氟化鋰并非純相，而是包含鋰、氟、氫元素的固溶體結構。這一成果打破了業(yè)界長期以來對電極界面層中各組分為純相的認知，為高性能電池設計提供了全新理論基礎。相關研究論文日前刊發(fā)于《自然》。

　　在鋰電池中，正/負電極與電解質間的界面，是各類化學反應與物理過程發(fā)生的核心區(qū)域。它被稱為固態(tài)電解質界面層，僅幾十納米厚，是影響電池穩(wěn)定性能的關鍵因素之一?！昂芏嗳硕贾拦虘B(tài)電解質界面層非常重要，但其精確組成與微觀結構仍有待探索?！蔽骱髮W工學院助理教授向宇軒說，固態(tài)電解質界面層因結構復雜、性質敏感成為研究難點。

　　科學研究發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電解質界面層中的氟化鋰在保障電池性能方面發(fā)揮著關鍵作用。2022年，向宇軒團隊在給鋰電池做核磁共振檢測時發(fā)現(xiàn)異常：電池內氟化鋰的譜圖與標準純相樣品存在細微差異。其中一個此前未被報道的波峰信號引起了他們的注意。

　　研究團隊采用多核、多維固態(tài)核磁共振技術，對固態(tài)電解質界面層中氟原子與鋰原子進行深度分析。團隊放大氟原子譜圖后發(fā)現(xiàn)，原本單一的波峰實為兩個波峰的疊加，其中一個可能源自未知界面成分。進一步檢測后，團隊推測該未知成分含氫元素。

　　為驗證這一猜想，他們合成不同氫含量的氫摻雜氟化鋰樣品進行對比測試。結果顯示，氫含量高的樣品正是異常波峰的來源。進一步檢測證實，電池中的氟化鋰是由鋰、氟、氫構成的固溶體結構。西湖大學工學院助理教授朱一舟團隊通過第一性原理計算發(fā)現(xiàn)，氫的摻入使鋰離子遷移勢壘降低，即鋰離子在氫含量高的環(huán)境中，更容易“動起來”，因此有利于電池性能的提升。

　　測試還發(fā)現(xiàn)，許多性能優(yōu)異的鋰電池中，普遍存在高含量的氫摻雜氟化鋰。在下一代鋰金屬電池中，氫摻雜氟化鋰能顯著優(yōu)化負極性能。

　　“這項研究為設計高離子電導率的固態(tài)電解質界面層材料開辟了新路徑?！毕蛴钴幷f，未來或可通過調控氫含量來優(yōu)化鋰電池性能。

文章來源：科技日報