第一作者：Huifeng Zhuang

通訊作者：高秋明，焦俊榮

通訊單位：北京航空航天大學(xué)，河南大學(xué)

高秋明，1992年獲吉林大學(xué)學(xué)士學(xué)位，1997年獲吉林大學(xué)博士學(xué)位（導(dǎo)師徐如人院士）。1998-1999年，美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校和法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心拉瓦西研究所博士后（導(dǎo)師A. K. Cheetham教授）。1999-2001年，美國(guó)康涅迪格大學(xué)博士后（導(dǎo)師S. L. Suib教授）。2000年入選中科院“百人計(jì)劃”。2001-2010年，中科院上海硅酸鹽所研究員、博士生導(dǎo)師、課題組長(zhǎng)。2006年8月，日本東京大學(xué)JSPS訪問(wèn)學(xué)者。2010年至今，北航化學(xué)學(xué)院長(zhǎng)聘教授、博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任北航化學(xué)學(xué)院化學(xué)系主任。?

焦俊榮

2014.9-2018.6 中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所，物理化學(xué)，理學(xué)博士

2011.9-2014.6 太原科技大學(xué)，材料學(xué)，工學(xué)碩士

2007.9-2011.6 河南理工大學(xué)，材料科學(xué)與工程，工學(xué)學(xué)士

論文速覽

鋰金屬因其高理論比容量和低氧化還原電位而被視為下一代負(fù)極材料中的“圣杯”。然而，緩慢的鋰離子界面?zhèn)鬏攧?dòng)力學(xué)和不可控的鋰枝晶生長(zhǎng)限制了儲(chǔ)能系統(tǒng)在大功率器件中的實(shí)際應(yīng)用。

本論文研究了一種新型的鋰金屬負(fù)極材料，通過(guò)在隔膜上添加涂層，在鋰負(fù)極界面上原位形成鋰-金(Li-Au)合金，從而促進(jìn)電解質(zhì)中雙(三氟甲磺酰)亞胺鹽(LiTFSI)的分解，形成富含LiF的合金摻雜固體電解質(zhì)界面(SEI)層。

這種SEI層具有高離子合金固溶體擴(kuò)散性和電場(chǎng)分散調(diào)控能力，加速了鋰離子的傳輸和均勻沉積/剝離，實(shí)現(xiàn)了高功率無(wú)枝晶鋰金屬負(fù)極界面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該SEI層在對(duì)稱電池中實(shí)現(xiàn)了超過(guò)8000小時(shí)（20000個(gè)循環(huán)）的超長(zhǎng)循環(huán)壽命，且在10 mA cm^-2的電流密度下，NCM(811)//PP@Au//Li全電池在超高速電流（40 C）下僅用68秒就能完成充放電過(guò)程，提供高達(dá)151 mAh g^-1的高容量。

研究結(jié)果證實(shí)，這種可擴(kuò)展的策略在實(shí)現(xiàn)高功率無(wú)枝晶鋰金屬負(fù)極方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

圖文導(dǎo)讀

圖1：合金活性的密度泛函理論理論計(jì)算。

圖2：富LiF合金摻雜SEI層的形成示意圖及PP@Au的物理化學(xué)特性。

圖3：對(duì)稱電池的循環(huán)伏安（CV）曲線、Tafel斜率曲線、不同電流密度下的倍率和長(zhǎng)期循環(huán)性能以及經(jīng)過(guò)100小時(shí)循環(huán)后的SEM圖像。

圖4：富LiF合金摻雜SEI層對(duì)Li枝晶的抑制作用。

圖5：基于PP@Au的全電池的性能。

總結(jié)展望

本研究通過(guò)在隔膜上引入Au層并原位形成Li-Au合金，成功構(gòu)建了一種新型的LiF富集合金摻雜SEI層，顯著提高了鋰金屬負(fù)極的穩(wěn)定性和倍率性能。

該SEI層不僅在對(duì)稱電池中展現(xiàn)出超過(guò)8000小時(shí)的超長(zhǎng)循環(huán)壽命，而且在全電池測(cè)試中，即使在極高的電流密度下也能保持高容量和穩(wěn)定的庫(kù)侖效率。這一策略為開(kāi)發(fā)高能量密度、高功率密度的下一代鋰金屬電池提供了重要的技術(shù)途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：LiF-Rich Alloy-Doped SEI Enabling Ultra-Stable and High-Rate Li Metal Anode

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：10.1002/anie.202407315