同济大学研发新型界面助剂g-C3N4，实现LLZO的亲锂性转化

近年来，固态锂金属电池因具有更高的能量密度和优异的安全性能受到广泛关注，但电极材料与固态电解质之间界面不兼容的问题，一直制约着固态锂电池的实际应用。近日，同济大学材料济大学材料科学与工程学院的黄云辉教授与罗巍特聘研究员通过向固态电池体系中引入g-C3N4作为界面助剂，成功地实现了固态电解质表面的亲锂性转化，对解决这一科技难题，构建稳定牢固且低阻抗的负极-固态电解质界面具有重大意义。

添加g-C3N4界面层，可使常用的石榴石型Li7La3Zr5O12(LLZO)无机固态电解质与金属锂之间由点对点接触转变为紧密接触。为什么以g-C3N4作为界面助剂，会发生这种变化呢？研究人员通过实验发现，g-C3N4与熔融的金属锂之间发生反应，一方面形成连续含碳网络提高了复合负极的粘度，使得复合物与LLZO之间的接触由点对点转变为紧密连接。

另外，研究人员还发现，添加g-C3N4界面层后，原位生成的Li3N层有助于抑制锂枝晶的生长，可以显著改善电极-电解质界面稳定性。这是因为反应产物中的Li3N在界面处负极，充当着锂负极与固态电解质之间的离子电导中间层，它可以保证在室温情况下Li+能够高效快速地在固态电解质与锂金属之间传输，而电极与电解质之间紧密的界面接触则保证了界面上局部电流分布的均匀性。

同济大学的这一研究成果为解决固态锂电池电极材料(如金属锂电极)与固态电解质之间的界面不稳定性的问题提供了方案，对安全高比能电池的实际应用大有裨益。据了解，该研究成功已发表在 Angewandte Chemie上，文章题为“g-C3N4: An Interface Enabler for Solid-State Lithium Metal Batteries”。

参考文献：

Ying Huang, Bo Chen, Jian Duan, Fei Yang, Tengrui Wang, Zhengfeng Wang, Wenjuan Yang, Chenchen Hu, Wei Luo, Yunhui Huang, g-C3N4: An Interface Enabler for Solid‐State Lithium Metal Batteries, Angew. Chem., 2019, DOI:10.1002/anie.201914417