三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐用于稳定锂金属阳极的应用

2026/4/2 8:01:40 作者:电离式

介绍

三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐(Tris (trimethylsilyl) borate,TMSB)是一种含硅硼的有机化合物,分子式为 C₉H₂₇BO₃Si₃,具良好的热稳定性、极压抗磨性与环境相容性。它在金属轧制领域已广泛应用,通过机械化学反应在锂金属表面构建高性能人工固体电解质界面(SEI),有效解决锂金属阳极枝晶生长、体积膨胀等问题。环境友好性突出,腐蚀性更低,无磷硫污染;

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图一 三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐

作为锂阳极改性剂

诱导复合SEI的构建机制

三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐与锂金属的界面作用依赖轧制过程中的高压机械力触发,而非自发反应:高压下TMSB的Si-O键发生断裂,生成三甲基硅阴离子(Me₃Si⁻)和含硼氧阴离子(O-B);电子转移过程中,含硼氧阴离子与锂金属表面的 Li⁺结合,形成无机硼酸锂(Li₃BO₃);三甲基硅阴离子与体系中的质子源反应,生成有机硅烷衍生物;上述产物协同组装,形成有机/无机复合 SEI 层,反应过程无额外催化剂需求,工艺简便可控。

电化学性能优势

三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐@Li阳极在对称电池测试中表现出高稳定性,1 mA/cm²电流密度、1 mAh/cm²面容量下,稳定循环超过3000小时,无明显电压波动;5 mA/cm² 高电流密度、5 mAh/cm²高面容量下,循环寿命仍可达2000小时,远超纯锂阳极(仅 400小时);循环过程中TMSB@Li表面始终保持均匀致密的锂沉积形态,无枝晶生长迹象,而纯锂阳极30分钟内即出现明显枝晶突起。

全电池性能的全面提升

三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐与高载量磷酸铁锂(LFP)阴极(11 mg/cm²)组装的全电池在1C倍率下循环300次后,容量保持率达86.3%,而纯锂对照组仅为 12.3%;3C高倍率下,220次循环后容量保持率仍有89%,库仑效率稳定在99.6%以上;倍率性能优异,0.5C、1C、2C、4C、5C 倍率下的比容量分别为159、148、131、119、110 mAh/g,电压平台稳定,极化程度显著低于纯锂体系。

全电池的稳定性.png

图二 全电池的稳定性

界面动力学优化

三(三甲代甲硅烷基)硼酸盐@Li的SEI阻抗显著低于纯锂阳极,电荷转移电阻更小;交换电流密度达 0.32 mA/cm²,是纯锂阳极(0.06 mA/cm²)的 5 倍以上,锂离子传输动力学显著提升;电解液润湿性改善,接触角减小,促进电极/电解液界面的离子传输均匀性[1]。

参考文献

[1]Zhao X ,Liao J ,Wang A , et al.Tris(trimethylsilyl) borate-derived artificial solid-electrolyte interface enabling stable lithium metal anodes[J].Materials Today Energy,2026,57102242-102242.DOI:10.1016/J.MTENER.2026.102242.

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