浙江工业大学最新Science：自组装单分子膜将富LiF的中间相用于构建长寿命锂金属电池

温华 2年前 (2022-02-18) 2891浏览

【引言】

锂(Li)金属由于具有高比容量和低氧化还原电位，被认为是下一代锂基电池极有前途的负极材料。然而，锂负极的实际应用受到锂枝晶生长的限制，导致了锂金属电池(LMBs)的安全性下降和容量快速衰减。在抑制Li枝晶形成的努力中，固体电解质间相(SEI)的修饰或重建可能是最关键的，因为SEI是由化学活性的Li金属与电解液反应自发产生的，负责Li⁺的输运和快速Li生长的机械调节。功能性氟化电解质成分，如双（三氟甲磺酰）亚胺锂（LiTFSI）等，已被设计用于进行界面工程以调节纳米结构和化学成分。通过这些策略产生的SEI均被证明涉及氟化锂(LiF)的特定成分，该成分具有高界面能、高化学稳定性和低Li⁺扩散势垒。通常认为LiF是含F电解液成分的分解产物，有助于提高LMBs的循环寿命。因此，精确控制电解质分解，特别是C-F解离化学，构建富LiF的SEI是一种逻辑可行但仍具有挑战性的方法。

今日，浙江工业大学陶新永教授与南洋理工大学楼雄文教授课题组合作，设计了具有高密度、长程有序极性羧基的自组装单分子膜(SAMs)，并将其连接在氧化铝涂层的隔膜上，以提供强的偶极矩，从而提供过剩的电子加速Li双(三氟甲磺酰亚胺)酰亚胺中碳-氟键断裂的降解动力学，从而构建了化学稳定的锂金属电池。具体来说，本工作制备了富锂氟化锂(LiF)纳米晶的SEI膜，促进了Li⁺的快速转移，抑制了锂枝晶的生长。特别地，在高负荷、有限的锂过量和贫电解液条件下，SAMs赋予了全电池更高的循环性能。因此，本工作将建立已久的SAMs技术扩展到一个平台，以控制电解质降解和SEI的形成向着超长寿命的LMBs发展。相关论文以题为“Self-assembled monolayers direct a LiF-rich interphase toward long-life lithium metal batteries”发表在Science上。