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


【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。

 

【图文导读】

图1. LMBs中SAMs的示意图和Al2O3-SAMs的表征

2. Li-Cu半电池的电化学性能及LiTFSI降解机理的模拟

3. 界面稳定性和SEI化学组成分析

 

4. Li沉积和SEI纳米结构Cryo-TEM可视化研究

5. 组装SAMs的对称半电池和全电池的电化学性能

 

 

文献链接:“Self-assembled monolayers direct a LiF-rich interphase toward long-life lithium metal batteries.” Science. DOI: 10.1126/science.abn1818

 

 

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