一種人造氮化硼（BN）薄膜在化學(xué)和機(jī)械上都能抵抗鋰，它通過(guò)電子方式將磷酸鋁鈦鋰（LATP）與鋰隔離，但在被聚氧乙烯（PEO）滲透時(shí)仍能提供穩(wěn)定的離子通道，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)。固體陶瓷電解質(zhì)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，實(shí)際上可以抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，使鋰金屬成為電池陽(yáng)極的涂層選擇。然而，大多數(shù)固體電解質(zhì)對(duì)鋰離子不穩(wěn)定，易被金屬鋰腐蝕，不能用于電池。該論文的第一作者、應(yīng)用物理和應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)系博士后科學(xué)家錢成（音譯）說(shuō)：鋰金屬對(duì)于提高能量密度是不可缺少的，所以我們能夠?qū)⑺米鞴腆w電解質(zhì)的陽(yáng)極至關(guān)重要。為了使這些不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用，需要開發(fā)一個(gè)化學(xué)和機(jī)械上穩(wěn)定界面來(lái)保護(hù)這些固體電解質(zhì)免受鋰陽(yáng)極的傷害。

         為了運(yùn)輸鋰離子，界面不僅要具有高度的電子絕緣性，而且還要具有離子導(dǎo)電性，這是至關(guān)重要的。此外，該接口必須超薄，以避免降低電池的能量密度。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)與布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Brookhaven National Lab）和紐約城市大學(xué)（City University of New York）同事合作。沉積了5～ 10nm的氮化硼（BN）納米膜作為保護(hù)層，隔離金屬鋰與離子導(dǎo)體（固態(tài)電解質(zhì)）之間的電接觸，并加入少量聚合物或液體電解質(zhì)滲入電極／電解質(zhì)界面。選擇BN作為保護(hù)層，因?yàn)樗诨瘜W(xué)和機(jī)械上與金屬鋰穩(wěn)定，提供了高度的電子絕緣。設(shè)計(jì)氮化硼層具有內(nèi)在缺陷，鋰離子可以通過(guò)它，使它成為一個(gè)優(yōu)秀的分離器。

 

鋰與固體電解質(zhì)之間嚴(yán)重的副反應(yīng)會(huì)使電池在幾個(gè)周期內(nèi)發(fā)生故障。右邊顯示的是一種人造氮化硼薄膜，它在化學(xué)和機(jī)械上都能抵抗鋰。它通過(guò)電子方式將LATP與鋰隔離，但當(dāng)被聚乙烯氧化物（PEO）滲透時(shí)，仍能提供穩(wěn)定的離子通道，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)。

    此外，化學(xué)氣相沉積法制備氮化硼容易形成大尺度（～dm級(jí)）、原子薄尺度（～nm級(jí)）和連續(xù)薄膜。雖然早期研究使用厚度僅為200微米的聚合物保護(hù)層，但新研究厚度僅為5～10納米的BN保護(hù)膜在這種保護(hù)層極限下仍然很薄，而不會(huì)降低電池的能量密度。這是一種完美的材料，可以作為一種屏障，防止金屬鋰侵入固態(tài)電解質(zhì)。就像防彈背心一樣，開發(fā)了一種針對(duì)不穩(wěn)定固體電解質(zhì)的鋰金屬防彈背心，通過(guò)這項(xiàng)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰金屬電池。研究人員目前正在將新方法擴(kuò)展到不穩(wěn)定固體電解質(zhì)的廣泛范圍，并進(jìn)一步優(yōu)化界面，希望制造出高性能、長(zhǎng)循環(huán)壽命的固態(tài)電池。