浙江工業大學最新Science：自組裝單分子膜將富LiF的中間相用于構建長壽命鋰金屬電池

溫華 1年前 (2022-02-18) 2675瀏覽

【引言】

鋰(Li)金屬由于具有高比容量和低氧化還原電位，被認為是下一代鋰基電池極有前途的負極材料。然而，鋰負極的實際應用受到鋰枝晶生長的限制，導致了鋰金屬電池(LMBs)的安全性下降和容量快速衰減。在抑制Li枝晶形成的努力中，固體電解質間相(SEI)的修飾或重建可能是最關鍵的，因為SEI是由化學活性的Li金屬與電解液反應自發產生的，負責Li⁺的輸運和快速Li生長的機械調節。功能性氟化電解質成分，如雙（三氟甲磺酰）亞胺鋰（LiTFSI）等，已被設計用于進行界面工程以調節納米結構和化學成分。通過這些策略產生的SEI均被證明涉及氟化鋰(LiF)的特定成分，該成分具有高界面能、高化學穩定性和低Li⁺擴散勢壘。通常認為LiF是含F電解液成分的分解產物，有助于提高LMBs的循環壽命。因此，精確控制電解質分解，特別是C-F解離化學，構建富LiF的SEI是一種邏輯可行但仍具有挑戰性的方法。

今日，浙江工業大學陶新永教授與南洋理工大學樓雄文教授課題組合作，設計了具有高密度、長程有序極性羧基的自組裝單分子膜(SAMs)，并將其連接在氧化鋁涂層的隔膜上，以提供強的偶極矩，從而提供過剩的電子加速Li雙(三氟甲磺酰亞胺)酰亞胺中碳-氟鍵斷裂的降解動力學，從而構建了化學穩定的鋰金屬電池。具體來說，本工作制備了富鋰氟化鋰(LiF)納米晶的SEI膜，促進了Li⁺的快速轉移，抑制了鋰枝晶的生長。特別地，在高負荷、有限的鋰過量和貧電解液條件下，SAMs賦予了全電池更高的循環性能。因此，本工作將建立已久的SAMs技術擴展到一個平臺，以控制電解質降解和SEI的形成向著超長壽命的LMBs發展。相關論文以題為“Self-assembled monolayers direct a LiF-rich interphase toward long-life lithium metal batteries”發表在Science上。