柔性復合固體電解質（CSE）由于其易于制造、良好的電化學性能和高安全性，在高能全固態鋰金屬電池中顯示出巨大的潛力。然而，在無機填料和聚合物之間實現良好的界面相容性仍然具有挑戰性，這會影響CSE的鋰離子傳輸和電化學性能。

在此，上海大學程紅偉，魯雄剛，華盛頓州立大學Dong Panpan等人設計了一種Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂（LLZTO）填料，其涂有3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MEMO）Janus層，用于聚環氧乙烷（PEO）電解質（表示為MEMO@LLZTO-PEO）。研究表明，MEMO Janus層有利于填料在聚合物中的均勻分散，并促進鋰鹽的解離，從而大大提高了MEMO@LLZTO-PEO的離子電導率（30℃時為2.16 × 10^?4 S cm^?1）。

此外，MEMO@LLZTO可以通過氫鍵相互作用和F-O化學鍵固定鋰鹽陰離子，從而使MEMO@LLZTO-PEO具有良好的鋰離子遷移數（0.53）。MEMO@LLZTO-PEO-NF在鋰對稱電池中在電流密度為0.1 mA cm^?2（面積容量：0.1 mAh cm^?2，60℃）下表現出超過4000小時的良好循環性能。當用于具有高活性質量負載（>4 mg cm^?2）的全固態Li/LiFePO₄電池時，MEMO@LLZTO-PEO-NF電池在60℃下表現出顯著增強的循環性能和倍率性能。

圖1. 電池性能

總之，該工作展示了一種功能性MEMO@LLZTO填料，并系統研究了MEMO涂層對PEO基復合電解質離子傳輸的影響。MEMO Janus涂層顯示出MEMO@LLZTO與PEO的界面相容性大大改善，這有利于MEMO@LLZTO填料在聚合物基體中的均勻分布。由于 MEMO Janus 層存在連續的鋰離子傳導路徑，所獲得的電解質膜表現出良好的離子電導率（2.16 × 10^?4 S cm^?1，30 °C）。

此外，MEMO涂層通過F-O鍵和氫鍵與TFSI^?陰離子表現出強烈的相互作用，從而解離更多的鋰鹽，導致快速的鋰離子傳輸，從而提高MEMO@LLZTO-PEO的鋰離子遷移數。此外，與MEMO@LLZTO-PEO相比，MEMO@LLZTO-PEO-NF電解質表現出更高的機械強度和熱穩定性。因此，采用MEMO@LLZTO-PEO-NF的鋰對稱電池在電流密度為0.1 mA cm^?2（面積容量：0.1 mAh cm^?2，60℃）下可以循環長達4000小時。

與LLZTO-PEO-NF電池相比，采用MEMO@LLZTO-PEO-NF電解質的全固態Li/LiFePO₄電池在60℃下具有顯著增強的循環性能和倍率性能。因此，該工作為優化聚合物-填料界面提供了合理的設計策略，以實現安全性更好的全固態鋰電池的高性能CSE，在各種系統中具有一定的普適性。

圖2. DET計算

A Multifunctional Janus Layer for LLZTO/PEO Composite Electrolyte with Enhanced Interfacial Stability in Solid-State Lithium Metal Batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103091