鋰金屬負(fù)極（LMAs）被認(rèn)為是高能鋰離子電池最有希望的候選者之一。然而，自然形成的固體電解質(zhì)界面（SEI）并不令人滿意，這會導(dǎo)致枝晶不斷生長，從而阻礙LMA的實(shí)際應(yīng)用。

浙江工業(yè)大學(xué)陶新永、佴建威等通過在超高壓下原位電沉積電解液溶劑，在LMA上構(gòu)建了穩(wěn)定的電解碳基雜化(ECH)人工SEI。

圖1 ECH層的形成和作用示意

具體而言，作者通過在700 V超高壓下原位電解常見的有機(jī)溶劑1,2-二甲氧基乙烷(DME)，以在LMA表面構(gòu)建穩(wěn)定的人工SEI。之所以選擇DME，是因?yàn)樗哂邢鄬^高的介電常數(shù)（7.2 F m^-1），這可能會提高允許的電場強(qiáng)度極限。

因此，作者將理論計算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，提出了在施加電壓為700 V時原位構(gòu)建ECH層的可能形成機(jī)制。得到的ECH具有內(nèi)外層，其中內(nèi)層包含氧化鋰和以C-O物種為主的聚合物，無定形碳組分作為外層，這有效地密封了鋰表面，并可以增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度和鋰離子電導(dǎo)率。此外，來自C-O鍵的強(qiáng)Li⁺親和力意味著ECH層可以在循環(huán)后被鋰化，從而導(dǎo)致連續(xù)的Li⁺吸附效應(yīng)和無枝晶的鋰沉積。

圖2 ECH層分析

結(jié)果，在該ECH層的保護(hù)下，對稱電池在5 mA cm^-2的電流密度和5 mAh cm^-2的超高沉積容量下表現(xiàn)出超過500小時的穩(wěn)定長期循環(huán)性能。采用 Li[Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1]O₂或LiFePO₄正極組裝的全電池也具有長期的循環(huán)壽命和出色的容量保持能力。

此外，這種方案的優(yōu)勢在于，可以通過簡單地改變電解液的類型、電壓、電沉積時間和其他參數(shù)來控制LMA表面上所制備材料(SEI)的組成和納米結(jié)構(gòu)。

圖3 全電池性能

In-Situ Electrodeposition of Nanostructured Carbon Strengthened Interface for Stabilizing Lithium Metal Anode. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c04025