本报讯   4月12日，中国科大化学与材料学院姚宏斌课题组与张国桢副研究员和PHI CHINA南京表面分析实验室鞠焕鑫博士合作，在金属卤化物钙钛矿导锂层构建，并用于稳定锂金属电池的研究中取得重要进展。课题组充分利用氯基金属卤化物钙钛矿宽带隙、成膜性好、制备简单等优势，开发出基于金属卤化物钙钛矿的梯度导锂层，实现了金属锂负极与电解液的隔离，大幅度提升了锂金属电池的循环稳定性。相关成果发表在Nature旗下综合性期刊《自然·通讯》上。

图1 金属卤化物钙钛矿框架的离子传导特性机理探究。a锂离子在金属卤化物钙钛矿晶格中的迁移并均匀沉积在基底的示意图。b 锂离子在金属卤化物钙钛矿MASnCl3晶格中的迁移能垒计算。c，旋涂有金属卤化物钙钛矿薄膜电极的循环伏安曲线。

图2 金属卤化物钙钛矿锂金属保护层制备与特性。a固相转印过程及成分的梯度变化。b金属卤化物钙钛矿保护层实现锂金属的致密沉积。c，贫锂和有限电解液的测试条件下的Li||LCO全电池的容量保持曲线。

研究人员发现，利用旋涂法制备的金属氯基钙钛矿（MASnCl3和MAPbCl3）具有容纳和传输锂离子的特性。

进一步地，研究人员发展了方便的固相转印方法，将旋涂法制备的高质量氯基钙钛矿 （MASnCl3和MAPbCl3）薄膜原位地转移到在锂箔表面，形成具有梯度结构的导锂层。该金属卤化物钙钛矿导锂层可以改善电解液与锂金属的界面问题，实现致密的锂金属沉积和脱出，避免了锂枝晶生长和锂金属电极的粉化）。最终的锂金属全电池电化学循环测试表明，在金属卤化物钙钛矿导锂层的保护下，即使在贫锂（50 μm）和有限电解液（20 μl mAh-1）以及2.8 mAh cm-2面容量的严格条件下循环100圈后容量仍保持在80%以上，而没有保护层的锂金属电池在循环50圈后容量已降低到初始的40%。

该工作是金属卤化物钙钛矿材料在锂金属负极界面导锂层应用的首次尝试，并且给出了金属卤化物钙钛矿材料高锂离子传导性能的有力证据。审稿人评价说：此工作是首次报道使用金属卤化物钙钛矿作为锂金属负极的保护层。金属卤化物丰富的结构和稳定的框架将为新型固态电解质设计和高性能锂金属电池构筑提供更多的可行性思路。

论文共同第一作者是化学与材料学院博士生殷逸臣、硕士生王茜和少年班学院本科生杨竞天。化学与材料科学学院姚宏斌教授、张国桢副研究员、PHI CHINA南京表面分析实验室的鞠焕鑫博士为论文的共同通讯作者。

（化学与材料科学学院 合肥微尺度物质科学国家研究中心）