缺陷工程六方形硼氮化物实现锂金属电池的离子导电性
材料科学
2025-11-03 v1
摘要
锂金属负极的实际应用受到不可控制锰形物形成和界面不稳定的限制。本研究提出了一种缺陷工程方法，对化学稳定且电绝缘的界面层采用六方形硼氮化物（h-BN），通过氩离子辐射显著提升离子导电性。最初，我们利用来自商业可获得的大面积化学气相沉积（CVD）生长的 h-BN 薄膜进行工业规模氩离子植入，动机驱动我们随后进行详细的研究，使用实验室规模剥离的单晶 h-BN 薄片。将这些剥离薄片集成到混合微流控-微电子芯片中，提供了直接证据表明受控空位缺陷将 h-BN 转化为高效的锂离子导体，同时保持其固有的电绝缘性。实验验证确认 improved 的锂金属负极稳定性，实现无锰形物循环，锂沉积/剥离库仑效率超过 99.5%，约 1000 次循环。进一步将辐射 h-BN 组装到锂-硫电池中，有效缓解了 polysulfide 邮差效应，保持 300 次循环中 97% 以上的比特容量。这些结果为下一代锂金属电池建立了一种稳健、可扩展的界面工程路线，结合高离子传输与优异的电绝缘性能。
引用
@article{arxiv.2510.27021,
title = {Defect Engineered Hexagonal-Boron Nitride Enables Ionic Conduction for Lithium Metal Batteries},
author = {Yecun Wu and Yan-Kai Tzeng and Hao Chen and Kun Xu and Gangbin Yan and Takashi Taniguchi and Kenji Watanabe and Arun Majumdar and Yi Cui and Steven Chu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.27021},
year = {2025}
}