富含LiF的固體電解質-中間相（SEI）可以抑制鋰枝晶的形成，促進鋰金屬電池的可逆運行。調節(jié)自然形成的SEI的組成是一個有效的策略，而了解氟（F）基鋰鹽對SEI特性的影響和作用是具有挑戰(zhàn)性的。

圖1 SPE的表征

中科院過程所張海濤、呂勒奧理工大學吉曉燕等分別選擇LiFSI、LiTFSI和LiPFSI與聚環(huán)氧乙烷和聚酰亞胺制備固態(tài)聚合物電解質（SPE），以研究鋰鹽的分子大小、F含量和化學結構（F連接鍵）的影響，并揭示SEI中LiF的形成。為制備SPE，由于環(huán)氧乙烷（-CH₂CH₂O-, -EO-）單元的高溶解能力和工業(yè)上的成熟性，選擇了PEO作為聚合物宿主，而聚酰亞胺（PI）則被用作基體以提高整體機械強度。

通過COMSOL模擬跟蹤了與枝晶抑制能力相關的Li⁺通量，并通過X射線光電子能譜（XPS）和飛行時間二次離子質譜（ToF-SIMS）檢測了形成的SEI中的成分和LiF含量。另外，根據(jù)從頭算分子動力學（AIMD）模擬結果，提出了采用LiPFSI的SPE在SEI中的LiF生成過程。

圖2 全電池性能

研究表明，F(xiàn)連接鍵比分子大小和F元素含量更重要，因此，使用LiPFSI的電池性能略好于LiTFSI，遠好于LiFSI。另外，含有LiPFSI的SPE可以產生大量的LiF，含有LiPFSI和LiTFSI的SPE可以產生Li₃N，而含有LiFSI的SPE在SEI中沒有Li₃N產生。

LiPFSI中的優(yōu)先斷裂鍵與它在鋰負極的位置有關，其中鋰金屬作為負極對形成LiF很重要。該工作提供了一個深刻的理解，當用鋰鹽開發(fā)SPE時SEI的形成和特點，這可以啟發(fā)合理設計具有強大電化學性能的SPE。

圖3 SEI分析

Impact of Fluorine-Based Lithium Salts on SEI for All-Solid-State PEO-Based Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202303718