由于高理論容量和低氧化還原電位，鋰金屬被認為是可充電鋰金屬電池（LMB）負極的“圣杯”。然而，鋰負極和電解液之間的副反應及枝晶生長阻礙了其應用。因此，非常需要高質量的SEI，其結構和成分對引導鋰沉積至關重要。
在此，湖南大學馬建民副教授等人利用三（4-氟苯基）膦（TFPP）作為電解液添加劑成功地構建了富含Li2CO3/LiF的異質結構SEI，并用于穩定的LMB。首先，作者通過DFT計算研究了三苯基膦（TPP）、TFPP 和三（五氟苯基）膦（TPFPP）在碳酸亞乙酯 （EC）/碳酸二甲酯（DMC）中誘導SEI形成的分子見解，分子動力學（MD）模擬也進一步證明了由于在含有TFPP的電解液中Li-EC的配位數降低，易導致去溶劑化過程。
研究表明，在含TFPP的電解液中形成的平衡良好的SEI具有Li2CO3的快速Li+傳輸動力學、LiF良好的電子絕緣能力及對Li+的強親和力等優點。它可以有效保證Li+快速、均勻地通過SEI，同時防止來自Li負極的電子進入SEI，從而在SEI/Li界面實現均勻致密的Li沉積。
受益于上述特性，基于含TFPP添加劑電解液的鋰負極具有最低的初始成核過電位（60.4 mV），且在1 mA cm-2下實現了超過400小時的長期穩定鋰電鍍/剝離。此外，基于TFPP添加劑的Li||NCM622全電池在0.1 A g-1時具有170 mAh g-1的初始放電容量，循環200次后容量保持率為 87.8%，而空白對照電解液中電池200次循環后容量僅維持54.3%。此外，作者通過TEM和XPS進一步研究了含TFPP添加劑的電池性能改善機制。
結果顯示，堅固且均勻的CEI層可以抑制正極和溶劑之間的連續副反應并進一步抑制正極中過渡金屬離子的溶解，這意味著異質結構SEI和高質量CEI協同改善了電化學性能。因此，這項工作通過電解液工程調節添加劑分子提供了對平衡良好的異質結構SEI的見解。
圖2. 基于TFPP添加劑的Li||NCM622全電池性能
Li2CO3/LiF-Rich Heterostructured Solid Electrolyte Interphase with Superior Lithiophilic and Li+-Transferred Characteristics via Adjusting Electrolyte Additives, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200337
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