上海硅酸盐所提出锂金属电池负极非消耗型氟化流体界面调控策略
2021-05-19
中国电源产业网
导语：中科院上海硅酸盐所经过九十多年的发展，上海硅酸盐所现已成为集材料前沿探索、高技术创新、应用发展研究为一体的无机非金属材料科研机构、“基础研究—应用研究—工程化、产业化研究所”。
为了满足下一代高比能电池的能量密度要求，具有高理论容量和低电化学电位的锂金属是未来可充电池（如Li-S和Li-FeF3）的理想负极。然而，负极锂枝晶不可控生长引起的固态电解质界面（SEI）不稳定、循环过程中锂的体积膨胀以及“死锂”的产生、电池短路等问题，阻碍了锂金属电池（LMBs）的发展。自从采用LiF作为电解液添加剂增强SEI性能以来，锂金属电池的循环寿命和库仑效率（CE）得到有效提高，这使得富氟材料受到特别关注。同时，氟原子具有强的吸电子性，氟掺杂还可扩大电解质的最高已占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）之间的差距，促进电解质的抗还原能力。因此，一些策略聚焦于诱导SEI中氟元素的富集以改善锂金属电池的性能，但目前的氟化策略仍面临一些问题，例如，含F的锂盐或添加剂必须降解或消耗，方能释放出足够含量的F，如此便造成了含F锂盐和添加剂的不可逆损失，如果没有后续补充，电池性能将不可避免地衰减。此外，用氟化剂在锂金属表面进行LiF层构建的方法通常需要额外的制备工序，这在一定程度上会增加大规模应用的成本，同时在表面氟化过程中可能会释放出有毒气体（F2或HF），环境条件要求严格。
相关研究进展：
基于目前含氟电解液添加剂和表面氟化策略面临的问题，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员李驰麟团队提出了一种“非消耗性”和“可流动性”氟化界面的新概念，通过将一种全氟聚醚（PFPE）油滴分散到电极表面，以调控锂离子沉积行为和稳定锂金属负极。与通常分散在电解液并在循环过程中被消耗的添加剂不同，该油滴可作为液体聚合物界面改性剂，与锂负极和电解液接触均不具有反应性（非消耗性），从而可在不降级锂离子扩散率的条件下，持久地保护锂负极，免于其与电解液发生副反应，减少锂盐的损耗。相关研究成果发表在Energy&Environmental Science上。（中科院网）
编辑：中国电源产业网
来源：《电源工业》编辑部
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