Electron-funnel mediated anion confinement enables ultra-reversible interphases in solid-state batteries

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作者
Yiwang Chen,Ji Qian,Ke Wang,Tianyan Xue,Zhengqiang Hu,Fengling Zhang,Lian Tong,Xiangbin Pan,Teng Zhao,Li Li,Feng Wu,Renjie Chen
出处
期刊:eScience [Elsevier]
卷期号:6 (1): 100452-100452 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.esci.2025.100452
摘要

Solid-state lithium metal batteries face challenges from irreversible interfacial degradation and sluggish ion transport. We propose an electron-funnel-mediated anion confinement strategy via atomic-level electronic field engineering. Incorporating electron-withdrawing –NO2 groups into Zr-based frameworks induces a 0.38 eV upward d-band center shift, generating a quantum-confined electrostatic gradient that polarizes TFSI− anions. This reduces TFSI− decomposition energy barrier (ΔG: −0.35 → −1.22 eV), selectively promoting LiF nucleation while suppressing side reactions. Concurrently, Zr4+-PEO Lewis interactions disrupt polymer crystallinity, enhancing ionic conductivity and Li+ transference number. Cryo-TEM tomography and TOF-SIMS mapping reveal a fractal LiF-rich interphase enabling dendrite-free lithium plating for > 11,000 h with polarization < 40 mV. LiFePO4 full cells achieve 86.3% capacity retention after 400 cycles at 1C (1.3 mAh cm−2). This work establishes anion confinement as a universal framework synchronizing ion transport and interfacial durability, advancing practical solid-state batteries with exceptional longevity.
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