低LUMO能级乳清酸构建Li3N嵌入SEI层实现高性能全固态锂金属电池

研究人员通过引入RNA小分子构建单元乳清酸(OA)，创新性地解决了聚合物电解质离子电导率低和界面不稳定的难题。该研究证实OA既能促进锂盐LiTFSI解离提高PEO电解质Li+电导率，其低LUMO能级特性又可优先分解形成Li3N嵌入SEI层，使Li||LiFePO4电池在1.0C下循环600次容量保持率>80%，为生物分子改性固态电解质提供了新思路。

　　

生物大分子作为可持续填料虽能改善聚合物电解质性能，但其复杂结构阻碍了机理研究。这项突破性工作巧妙选用核糖核酸的小分子构件——乳清酸(Orotic Acid, OA)，其保留生物大分子关键官能团的特性，在聚环氧乙烷(PEO)电解质中展现出双重功能：酰胺富集的共轭结构赋予OA极低的最低未占分子轨道(LUMO)能级，促使优先分解形成氮化锂(Li₃N)嵌入的固体电解质界面(SEI)；同时促进双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)解离却不破坏PEO结晶度。这种协同机制使优化后的PEO电解质在锂||磷酸铁锂(Li||LiFePO₄)电池中实现惊人稳定性——0.5C倍率下350次循环容量保持率达95.2%，1.0C下600次循环后仍保持80%以上容量，为开发长寿命全固态电池提供了新范式。