記者從中國科學技術大學獲悉，該核化學與材料學院姚宏斌課題與合作者合作，充分利用氯基金屬鹵化物鈣鈦礦寬帶隙、成膜性好、制備簡單等優勢，開發出基于金屬鹵化物鈣鈦礦的梯度導鋰層，實現了金屬鋰負極與電解液的隔離，大幅度提升了鋰金屬電池的循環穩定性。該成果日前發表在《自然•通訊》上。
金屬鹵化物鈣鈦礦因其帶隙可調、缺陷容忍度較高、以及制備簡單等優勢成為近年來光電研究領域的熱點材料。然而，與鋰離子導體鋰鑭鈦氧化合物具有相似空間結構的金屬鹵化物鈣鈦礦材料，其框架內的鋰離子傳導特性以及相關應用卻少有研究。
研究人員發現，利用旋涂法制備的金屬氯基鈣鈦礦具有容納和傳輸鋰離子的特性。鋰離子可以插入金屬鹵化物鈣鈦礦的晶格中，并能夠在鈣鈦礦/基底界面可逆地進行合金化/去合金化反應，在底部生成構成獨特的鈣鈦礦-合金層梯度漸變結構。這種獨特的鈣鈦礦-合金層梯度漸變結構有利于鋰離子在電極上的均勻沉積/脫出。
此外，研究人員發展了方便的固相轉印方法，將旋涂法制備的高質量氯基鈣鈦礦薄膜原位地轉移到在鋰箔表面，形成具有梯度結構的導鋰層，實現致密的鋰金屬沉積和脫出，避免了鋰枝晶生長和鋰金屬電極的粉化。最終電化學循環測試表明，即使在貧鋰和有限電解液的嚴格條件下，循環100圈后容量仍保持在80%以上，而沒有保護層的鋰金屬電池在循環50圈后容量已降低到初始的40%。
該成果是金屬鹵化物鈣鈦礦材料在鋰金屬負極界面導鋰層應用的首次嘗試，將為新型固態電解質設計和高性能鋰金屬電池構筑提供更多的可行性思路。(記者 吳長鋒)
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