长春应化所&华中科大Adv. Mater.: 一种改善锂空电池金属锂负极稳定性的新型锂盐：LiTNFSI

【引言】

锂空气电池，更准确地说，锂氧电池，由于其高比能量密度而受广泛关注。在过去一段时间中，研究人员把注意力主要放在正极，而较少关注锂氧电池这一特殊环境下金属锂负极的稳定性。在锂氧电池中，溶解于电解液中的氧气分子可能从正极穿梭至负极，从而加剧金属锂负极的不稳定性。因此，如何提高金属锂负极在氧气氛围中的稳定性是锂氧电池面临的大挑战，从广泛的意义上来说，也是也是锂金属负极研究的新课题。这篇推送，将介绍一种通过锂盐的设计应对这一挑战的新思路。

《先进材料》（Advanced Materials）最近刊登了来自中国科学院长春应用化学研究所彭章泉课题组和华中滚球体育 大学周志彬课题组的合作研究，题为“The Salt Matters: Enhanced Reversibility of Li–O₂Batteries with a Li[(CF₃SO₂)(n-C₄F₉SO₂)N]-Based Electrolyte”。该论文采用一种新型磺酰亚胺锂盐{Li[(CF₃SO₂)(n-C₄F₉SO₂)N], LiTNFSI}，并以四乙二醇二甲醚（TEGDME）为溶剂制备成电解液。通过一系列先进表征手段，该论文发现这种新电解液引导在金属锂负极表面原位生成了一层致密、多氟、疏氧的固态电解质界面（SEI）膜，明显增强了锂金属在氧气氛围中的稳定性。与商业化的锂盐{Li[(CF₃SO₂)₂], LiTFSI}对比，应用这种新型锂盐能够使锂氧电池寿命提高一倍。

彭章泉研究员和周志彬教授为论文的共同通讯作者。华中滚球体育 大学2015级博士生仝博为论文第一作者。中南大学黄俊副教授为论文第二作者。

【图文导读】

图1 导电锂盐结构

图2 O₂氛围下锂金属负极稳定性

a）Li|1.0 M LiTNFSI TEGDME|Li_0.5FePO₄

b）Li|1.0 M LiTFSI TEGDME|Li_0.5FePO₄

氧气氛围下，锂金属在1.0 M LiTNFSI TEGDME中可以保持良好的稳定性。

图3 在Ar (或O₂)条件下Li|Li电池循环性能

a）1.0 M LiTFSI TEGDME Ar

b）1.0 M LiTFSI TEGDME O₂

c）1.0 M LiTNFSI TEGDME Ar

d）1.0 M LiTNFSI TEGDME O₂

Li|Li 电池循环表明无论在氧气还是氩气条件，锂金属在1.0 M LiTNFSI TEGDME中均能保持良好的循环稳定性。

图4 O₂氛围下，Li|Li电池循环100周后锂金属形貌

a, b, c) 新鲜锂金属

d, e, f) 1.0 M LiTNFSI TEGDME

g, h, i) 1.0 M LiTFSI TEGDME

在1.0 M LiTNFSI TEGDME体系中，金属锂表面保持良好的平整性，副反应得到有效抑制。

图5 Li-O₂电池循环曲线及DEMS测试结果

a,b,c) 1.0 M LiTNFSI TEGDME

d,e,f) 1.0 M LiTFSI TEGDME

基于1.0 M LiTNFSI TEGDME电解液的锂氧电池循环性能及可逆性得到明显提高。

【小结】

该工作通过调节锂盐结构（LiTNFSI vs LiTFSI），进而改善金属锂界面组成、提高其在O₂条件下的稳定性。研究发现LiTNFSI在金属锂表面优先还原，生成了一层致密、多氟的SEI膜，该SEI膜明显提高了O₂氛围下金属锂界面稳定性， 增强了Li-O₂电池循环性能。该研究工作为提高金属锂界面稳定性提供了新的解决方案。

原文链接：The Salt Matters: Enhanced Reversibility of Li–O₂Batteries with a Li[(CF₃SO₂)(n-C₄F₉SO₂)N]-Based Electrolyte（Adv.Mater.2017,DOI:10.1002/adma.201704841）

本文由仝博提供。

投稿以及内容合作可加编辑微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我们会邀请各位老师加入专家群。

欧洲足球赛事 网专注于跟踪材料领域滚球体育 及行业进展，如果您对于跟踪材料领域滚球体育 进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入编辑部。欢迎大家到材料人宣传滚球体育 成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。